CN114959358B - 一种钛铝基金属间化合物材料及其制备方法 - Google Patents

一种钛铝基金属间化合物材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114959358B
CN114959358B CN202210450088.1A CN202210450088A CN114959358B CN 114959358 B CN114959358 B CN 114959358B CN 202210450088 A CN202210450088 A CN 202210450088A CN 114959358 B CN114959358 B CN 114959358B
Authority
CN
China
Prior art keywords
intermetallic compound
aluminum
titanium
powder
based intermetallic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210450088.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114959358A (zh
Inventor
宋晓雷
郝志康
夏纪政
黄浩轩
段振鑫
韩英
陈华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun University of Technology
Original Assignee
Changchun University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun University of Technology filed Critical Changchun University of Technology
Priority to CN202210450088.1A priority Critical patent/CN114959358B/zh
Publication of CN114959358A publication Critical patent/CN114959358A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114959358B publication Critical patent/CN114959358B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/20—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by extruding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/045—Alloys based on refractory metals
    • C22C1/0458—Alloys based on titanium, zirconium or hafnium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/047—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy comprising intermetallic compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

本发明的一种钛铝基金属间化合物材料及其制备方法属于金属材料技术领域。AlCoCrFeNi合金颗粒以近球状、线条状及点状形态均匀分布于Ti‑47Al‑2Cr‑2Nb基体，制备方法主要包括金属粉末的混合、真空热压烧结、包套挤压处理等步骤。与现有技术相比，本发明制备的金属间化合物材料高温抗拉强度未见明显下降，高温塑性则大幅度提升，有利于该金属间化合物材料的加工成型，且本发明提供的方法具有生产工艺简单、成本低、易于实现工业化等优点，制备的钛铝基金属间化合物，其组织结构和力学性能稳定，可作为结构材料应用于航空航天、汽车工业等领域。

Description

一种钛铝基金属间化合物材料及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，涉及一种具有优异高温强塑性的钛铝基金属间化合物材料及其制备方法。
背景技术
随着航空航天及汽车工业的不断发展，对发动机涡轮叶片、排气阀等热端部件的材料提出了越来越高的要求，所用材料需满足耐高温、抗氧化、轻质高强等优良性能。钛铝基金属间化合物具有密度低、熔点高、弹性模量高、抗氧化能力好及抗蠕变性能强等优点，是符合上述实际需求的潜力材料。但钛铝基金属间化合物的本征脆性使其难以通过冷加工来成形，即便是在高温条件下，由于塑性有限，其可加工性也难以与铝合金、钛合金等材料相媲美，这严重阻碍了这一潜力合金材料在工业中的广泛应用。因此，制备出一种能够保证高温强度的同时，兼具高温塑性好、高温可加工性能优异等优点的钛铝基金属间化合物，极具战略价值。
发明内容
本发明提供了一种具有优异高温强塑性的钛铝基金属间化合物材料及其制备方法，得到了具有低密度、高致密度的钛铝基高温合金材料。
一种钛铝基金属间化合物材料，特征在于，AlCoCrFeNi合金颗粒以近球状、线条状及点状形态均匀分布于Ti-47Al-2Cr-2Nb基体，其中近球状颗粒尺寸为20～150μm，线条状颗粒长度为3～30μm，点状颗粒尺寸为0.5～3μm；其中AlCoCrFeNi合金颗粒的质量百分比为2～8％，优选为4～6％；余量为Ti-47Al-2Cr-2Nb基体；所述钛铝基金属间化合物密度为3.8～4.0g/cm3，致密度大于99％。
一种钛铝基金属间化合物材料的制备方法，有以下步骤：
步骤一 金属粉末的混合
按设定质量比称取Ti-47Al-2Cr-2Nb粉末和AlCoCrFeNi粉末；将两者加入混料机中混合均匀，得到混合金属粉末；
步骤二 真空热压烧结
将步骤一所得混合金属粉末加入石墨模具中，进行真空热压烧结，得到烧结块体；
步骤三 包套挤压处理
对步骤二所得烧结块体进行包套挤压处理，得到具有优异高温塑性的钛铝基金属间化合物。
作为优选，在步骤一中所用原料Ti-47Al-2Cr-2Nb预合金粉末的粒度范围为20～100μm，由γ-TiAl相和α2-Ti3Al相组成，所用原料AlCoCrFeNi高熵合金粉末的粒度范围为6.5～145μm，由BCC相和B2相组成。
作为优选，在步骤二中，所述真空热压烧结，真空度低于5×10-3Pa。
作为优选，在步骤二中，升温速率为5-10℃/min，烧结压力为25～40MPa，烧结温度为1200～1250℃，烧结时间为30～120min；烧结完成后样品随炉冷却至室温。
作为优选，在步骤三中，所述包套挤压处理是将烧结样品表面简单打磨后放入内径为20mm的45#钢钢管中进行包套挤压处理，处理温度为1100℃，应变速率为1×10-5-5×10-5s-1，挤压变形量8-12％。
本发明有以下有益效果：
1、本发明提供的金属间化合物材料与100％成分的Ti-47Al-2Cr-2Nb合金相比，高温抗拉强度未见明显下降，高温塑性则会大幅度提升，有利于该金属间化合物材料的加工成型。
2、本发明提供的通过调节AlCoCrFeNi合金粉末的质量百分比，可以有效的改善金属间化合物材料的加工塑形和延展性。
3、本发明提供的制备方法能够有效提高钛铝基金属间化合物的高温塑性变形能力，生产工艺简单、成本低、易于实现工业化，本发明所设计和制备的钛铝基金属间化合物，其组织结构和力学性能稳定，可作为结构材料应用于航空航天、汽车工业等领域。
附图说明
图1是实施例1所得钛铝基金属间化合物的SEM照片。
图2是实施例1所得钛铝基金属间化合物组织中Ti-47Al-2Cr-2Nb基体与AlCoCrFeNi颗粒的界面区域SEM照片。
图3是实施例2所得钛铝基金属间化合物的SEM照片。
图4是实施例2所得钛铝基金属间化合物在高温条件下拉伸断裂后断口的SEM照片。
图5是实施例3所得钛铝基金属间化合物的SEM照片。
图6是对比例1所得钛铝基金属间化合物的SEM照片。
图7是对比例2所得钛铝基金属间化合物的SEM照片。
具体实施方式
实施例中使用的Ti-47Al-2Cr-2Nb预合金粉末和AlCoCrFeNi高熵合金粉末由均为市售。
实施例1
步骤一 Ti-47Al-2Cr-2Nb粉末和AlCoCrFeNi粉末的混合
称取Ti-47Al-2Cr-2Nb粉末47g，AlCoCrFeNi粉末2g；将两者加入球磨机中进行混合，转速200r/min，混合时间30min，得到混合金属粉末；
步骤二 真空热压烧结
将步骤一所得50g混合金属粉末加入石墨模具中，将模具放于真空热压烧结炉中，密封后抽真空至真空度低于5×10-3Pa，由室温以6.7℃/min的升温速率升到1200℃，烧结压力为30MPa，烧结时间60min，保温保压结束后样品随炉冷却至室温。
步骤三 包套挤压处理
对步骤二所得烧结块体样品表面简单打磨后放入内径为20mm的45#钢钢管中进行包套挤压处理，处理温度为1100℃，应变速率为5×10-5s-1，挤压变形量10％。
所制备钛铝基金属间化合物的SEM照片见图1所示，从图1中可以看出所得钛铝基金属间化合物的结构致密，不存在孔洞或裂纹等微观缺陷，近球状、线条状以及点状的AlCoCrFeNi合金颗粒都均匀分布在Ti-47Al-2Cr-2Nb基体中。Ti-47Al-2Cr-2Nb基体与AlCoCrFeNi颗粒的界面区域SEM照片如图2所示，由图2可以看出，由于烧结过程中元素的扩散，Ti-47Al-2Cr-2Nb基体与AlCoCrFeNi颗粒界面达到了良好的冶金结合。所制备钛铝基金属间化合物在800℃、1×10-4s-1的高温拉伸条件下，抗拉强度为439MPa，延伸率达到28％。
实施例2
步骤一Ti-47Al-2Cr-2Nb粉末和AlCoCrFeNi粉末的混合
称取Ti-47Al-2Cr-2Nb粉末47g，AlCoCrFeNi粉末3g；将两者加入球磨机中进行混合，转速200r/min，混合时间30min，得到混合金属粉末；
步骤二、三同实施例1。
所制备钛铝基金属间化合物的SEM照片见图3，从图3中可以看出所得钛铝基金属间化合物的结构致密，界面结合良好，不存在孔洞或裂纹等微观缺陷，近球状、线条状以及点状的AlCoCrFeNi合金颗粒都均匀分布在Ti-47Al-2Cr-2Nb基体中，分布数量多于实施例1所得金属间化合物；在900℃、1×10-4s-1的高温拉伸条件下，抗拉强度为236MPa，延伸率高达89％，断裂后断口的SEM照片见图4，观察拉伸断口形貌能够发现大量韧窝的出现，韧性断裂特征明显，从侧面反应了该金属间化合物优异的高温强塑性。
实施例3
步骤一 Ti-47Al-2Cr-2Nb粉末和AlCoCrFeNi粉末的混合
称取Ti-47Al-2Cr-2Nb粉末49g，AlCoCrFeNi粉末1g；将两者加入球磨机中进行混合，转速200r/min，混合时间30min，得到混合金属粉末；
步骤二、三同实施例1。
所制备钛铝基金属间化合物的SEM照片见图5，从图5中可以看出所得钛铝基金属间化合物的结构致密，不存在孔洞或裂纹等微观缺陷，基体与增韧相界面结合良好，近球状、线条状以及点状的AlCoCrFeNi合金颗粒都均匀分布在Ti-47Al-2Cr-2Nb基体中，分布数量多于实施例2所得金属间化合物。在1000℃、1×10-4s-1的高温拉伸条件下，抗拉强度为93MPa，延伸率高达118％。
实施例4
步骤一同实施例1。
步骤二 真空热压烧结
将步骤一所得50g混合金属粉末加入石墨模具中，将模具放于真空热压烧结炉中，密封后抽真空至真空度低于5×10-3Pa，由室温以6.7℃/min的升温速率升到1250℃，烧结压力为25MPa，烧结时间60min，保温保压结束后样品随炉冷却至室温。
步骤三 包套挤压处理
对步骤二所得烧结块体样品表面简单打磨后放入内径为20mm的45#钢钢管中进行包套挤压处理，处理温度为1100℃，应变速率为1×10-5s-1，挤压变形量8％。
所制备钛铝基金属间化合物的结构致密，界面结合良好。在900℃、1×10-4s-1的高温拉伸条件下，抗拉强度为219MPa，延伸率达到84％。
实施例5
步骤一 同实施例2。
步骤二 真空热压烧结
将步骤一所得50g混合金属粉末加入石墨模具中，将模具放于真空热压烧结炉中，密封后抽真空至真空度低于5×10-3Pa，由室温以10℃/min的升温速率升到1200℃，烧结压力为40MPa，烧结时间120min，保温保压结束后样品随炉冷却至室温。
步骤三 包套挤压处理
对步骤二所得烧结块体样品表面简单打磨后放入内径为20mm的45#钢钢管中进行包套挤压处理，处理温度为1100℃，应变速率为5×10-5s-1，挤压变形量12％。
所制备钛铝基金属间化合物的结构致密，界面结合良好。在900℃、1×10-4s-1的高温拉伸条件下，抗拉强度为252MPa，延伸率达到92％。
对比例1
步骤一中称取Ti-47Al-2Cr-2Nb粉末50g，不添加AlCoCrFeNi粉末，其他条件均与实施例1一致；所制备的钛铝基金属间化合物组织均匀、结构相对致密，由γ-TiAl相和α2-Ti3Al相组成，偶见极为细小的孔洞及裂纹等缺陷(SEM照片见图6)，其在不同条件下的高温拉伸结果为：在800℃、1×10-4s-1的条件下，抗拉强度为422.04MPa，延伸率为12.5％(相较于实施例1样品低15.5％)；在900℃、1×10-4s-1的条件下，抗拉强度为224MPa，延伸率为38％(相较于实施例2样品低51％)；在1000℃、1×10-4s-1的条件下，抗拉强度为87MPa，延伸率为88％(相较于实施例3样品低30％)。对比发现，所制备钛铝基金属间化合物在高温条件下极易发生脆断，高温强塑性较差。
对比例2
其他条件均与实施例1一致；不同之处在于：步骤二中烧结温度为1100℃，烧结压力为20MPa，所制备的钛铝基金属间化合物能够明显观察到孔隙、裂纹等缺陷(SEM照片见图7)，在800℃、1×10-4s-1的高温拉伸条件下，抗拉强度为191MPa，延伸率为5.2％。这主要是因为烧结温度和烧结压力偏低，难以达到较为良好的致密化效果，同时也限制了基体和增韧相之间的元素扩散，难以形成均匀、连续且大面积的冶金结合界面层，从而使所得钛铝基金属间化合物难以展现理想的高温强塑性。
对比例3
其他条件均与实施例1一致；不同之处在于：步骤三中包套挤压处理温度为1000℃，应变速率为5×10-5s-1，挤压变形量为5％。所制备的钛铝基金属间化合物能够观察到孔隙、裂纹等缺陷的存在，在800℃、1×10-4s-1的高温拉伸条件下，抗拉强度为267MPa，延伸率为6.9％。这主要是因为包套挤压处理温度和挤压变形量偏低，同样难以达到较为良好的致密化效果，从而使所得钛铝基金属间化合物的高温强塑性很难达到理想指标。

Claims (3)

1.一种钛铝基金属间化合物材料，其特征在于，AlCoCrFeNi合金颗粒均匀分布于Ti-47Al-2Cr-2Nb基体，其中AlCoCrFeNi合金颗粒的质量百分比为2~8％，余量为Ti-47Al-2Cr-2Nb基体；所述钛铝基金属间化合物材料密度为3.8~4.0 g/cm3，致密度大于99%；所述钛铝基金属间化合物材料是按以下步骤制备的：
步骤一 金属粉末的混合
按设定质量比称取Ti-47Al-2Cr-2Nb粉末和AlCoCrFeNi粉末；将两者加入混料机中混合均匀，得到混合金属粉末；其中AlCoCrFeNi粉末的质量百分比为2~8％，余量为Ti-47Al-2Cr-2Nb粉末；
步骤二 真空热压烧结
将步骤一所得混合金属粉末加入石墨模具中，进行真空热压烧结，得到烧结块体；所述真空热压烧结，真空度低于5×10-3 Pa，升温速率为5~10 ℃/min，烧结压力为25~40 MPa，烧结温度为1200~1250 ℃，烧结时间为30~120 min；烧结完成后样品随炉冷却至室温；
步骤三 包套挤压处理
对步骤二所得烧结块体进行包套挤压处理，得到具有优异高温塑性的钛铝基金属间化合物材料；所述包套挤压处理是将烧结块体表面简单打磨后放入内径为20 mm的45#钢钢管中进行包套挤压处理，处理温度为1100 ℃，应变速率为1×10-5-5×10-5 s-1，挤压变形量8-12 %。
2.根据权利要求1所述的一种钛铝基金属间化合物材料，其特征在于， AlCoCrFeNi合金颗粒的质量百分比为4~6%。
3.根据权利要求1所述的一种钛铝基金属间化合物材料，其特征在于，在步骤一中所用原料Ti-47Al-2Cr-2Nb粉末的粒度范围为20~100 μm，由γ-TiAl相和α2-Ti3Al相组成，所用原料AlCoCrFeNi粉末的粒度范围为6.5~145 μm，由BCC相和B2相组成。
CN202210450088.1A 2022-04-26 2022-04-26 一种钛铝基金属间化合物材料及其制备方法 Active CN114959358B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210450088.1A CN114959358B (zh) 2022-04-26 2022-04-26 一种钛铝基金属间化合物材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210450088.1A CN114959358B (zh) 2022-04-26 2022-04-26 一种钛铝基金属间化合物材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114959358A CN114959358A (zh) 2022-08-30
CN114959358B true CN114959358B (zh) 2023-06-16

Family

ID=82979932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210450088.1A Active CN114959358B (zh) 2022-04-26 2022-04-26 一种钛铝基金属间化合物材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114959358B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101215663A (zh) * 2008-01-04 2008-07-09 哈尔滨工业大学 高熵合金基复合材料及其制备方法
CN109338172A (zh) * 2018-12-11 2019-02-15 西安工业大学 一种高熵合金增强的2024铝基复合材料及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11565318B2 (en) * 2019-09-03 2023-01-31 Ut-Battelle, Llc Reactive matrix infiltration of powder preforms

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101215663A (zh) * 2008-01-04 2008-07-09 哈尔滨工业大学 高熵合金基复合材料及其制备方法
CN109338172A (zh) * 2018-12-11 2019-02-15 西安工业大学 一种高熵合金增强的2024铝基复合材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114959358A (zh) 2022-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108060322B (zh) 硬质高熵合金复合材料的制备方法
CN110273092B (zh) 一种CoCrNi颗粒增强镁基复合材料及其制备方法
CN112647009A (zh) 一种高强度高耐磨性中熵合金及其制备方法
CN111188000B (zh) 一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺
CN112695262B (zh) 一种具有微构型的钛合金基复合材料及其制备方法
CN109957684B (zh) 一种汽车零部件用高强耐热铝合金材料的制备方法
CN114645180B (zh) 一种双相增强铝合金及其制备方法
CN110846538A (zh) 一种Ti2AlC增强铝基复合材料及其制备方法
CN113862540B (zh) 一种添加max相的钼合金及其制备方法
CN113430417A (zh) 一种添加稀土氧化物的高性能钛合金及其制备方法
CN111203531B (zh) 一种高致密Ti-Nb-Mo系合金的粉末冶金常压多步烧结方法
CN114959358B (zh) 一种钛铝基金属间化合物材料及其制备方法
CN112143925A (zh) 一种高强度高塑性钛镁复合材料的制备方法
CN112775427B (zh) 一种高致密度的近净成形钛合金的制备方法
CN116426783A (zh) 一种提高AlxCoCrFeNi系高熵合金致密度的制备方法
CN112941391B (zh) 一种含NbC的高致密复合金属陶瓷材料及其制备方法
CN113403493B (zh) 一种高强韧中熵CrCoNi颗粒增强Cu基复合材料及其制备方法
CN111485141B (zh) 一种SiC颗粒增强铝钛基复合材料及其制备方法
CN113444949A (zh) 一种高密度W-Ta-Nb系难熔固溶体合金及其制备方法
CN116144968B (zh) 一种具有优异室温塑性的Ti2AlNb基复合材料的制备方法
CN112609106A (zh) 一种Zr-Ti-Nb合金及其制备方法
CN114645230A (zh) 一种可避免中温低塑性的粉末Ti2AlNb合金构件热处理工艺
CN101994060B (zh) 一种Fe-Al-Cr金属间化合物粉末冶金材料及其制备方法
CN114643359B (zh) 一种高强度粉末冶金Ti-W合金棒材的制备方法
CN115772615B (zh) 三维球团微构型高温钛合金基复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant