[发明专利]一种含Er高铌TiAl金属间化合物材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有稀土元素金属间化合物及其制备工艺，尤其涉及一种含Er高铌TiAl金属间化合物材料及其制备方法，属于金属间化合物材料。

背景技术

TiAl金属间化合物由于其低密度、低膨胀系数、高比强度、高弹性模量以及较好的高温抗蠕变抗氧化性能等优点，在航空、航天以及汽车等领域受到高度地重视。然而，TiAl金属间化合物室温塑性低和热加工性能差等缺点限制了其广泛应用。国内外学者在TiAl金属间化合物的组织、塑性和变形方面做了大量的研究工作。结果显示，细化显微组织是提高TiAl金属间化合物力学性能和热加工性能的重要手段。而近年来，国内外兴起的高铌TiAl金属间化合物具有良好的综合性能。然而关于含有稀土的高铌TiAl金属间化合物材料的制备及稀土Er在TiAl合金中的物理冶金行为尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过在合金熔炼的过程中添加稀土Er起到细化晶粒尺寸和减小层片间距，进而改善材料性能的含Er高铌TiAl金属间化合物材料及制备方法。

本发明的一种含Er高铌TiAl金属间化合物材料，其特征在于，其元素的摩尔百分含量为:41%~46%的Al、5~15%（优选8~10%）的Nb、不高于0.4%(优选0.2%)的Er和余量的Ti及不可避免的杂质。

本发明的含Er高铌TiAl金属间化合物的制备方法，通过下述步骤实现的：

（1）、称取如下原料：海绵钛、高纯铝、铝铌中间合金和铝铒中间合金；其中控制Al、Nb、Er和Ti元素的摩尔百分含量为41%~46%的Al、5~15%的Nb、不高于0.4%的Er和余量的Ti及杂质；

（2）、将步骤（1）称得的原料分层加入到水冷铜坩埚真空感应熔炼炉中，自下而上各层分别为海绵钛层、高纯铝层、铝铌中间合金层、铝铒中间合金层和海绵钛层；熔炼前将金属铸型预热至300~350℃，将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉抽真空至2.0~3.0×10-3mbar，以5~10kw/min（优选10kw/min）增长速率将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉熔炼功率升至160~180kw后停止增加功率，然后在恒定功率下熔炼1~3min得熔体，使熔体混合均匀；

（3）将熔体浇铸到预热后的金属铸型中，形成含有稀土Er的高铌TiAl金属间化合物铸锭，并随炉冷却。

本发明步骤（1）中海绵钛的质量纯度为99.7%，高纯铝的质量纯度为99.99%，铝铌中间合金的质量纯度为99.7%，铝铒中间合金的质量纯度为99.5%；各原料为市售产品。

本发明确定了稀土Er的最佳加入量范围，在材料凝固过程中，稀土Er富集在晶界处阻碍和限制了晶粒的长大，起到细化晶粒尺寸和层片间距的作用，得到的高铌TiAl金属间化合物材料显微组织非常细小，形成的富稀土Er相主要呈现不连续的点状及条状分布在晶界处，晶内只有少量的稀土相。随着稀土Er含量增加，晶界及晶内的富稀土相呈增加趋势。研究表明，稀土Er显著细化了高铌TiAl金属间化合物的晶粒组织，并且细化了高铌TiAl金属间化合物中的α2/γ层片间距。

本发明细化了TiAl金属间化合的晶粒尺寸和层片间距，且采用水冷铜坩埚真空感应熔炼炉熔炼，工艺过程简单易操作。

附图说明

图1实施例1的含Er高铌TiAl金属间化合物Ti-46Al-8Nb-0.2Er铸态合金光学显微组织图；

图2实施例1的含Er高铌TiAl金属间化合物Ti-46Al-8Nb-0.2Er铸态合金X-射线衍射谱图；

图3实施例1的含Er高铌TiAl金属间化合物Ti-46Al-8Nb-0.2Er铸态合金扫描电子显微图；

图4实施例1的含Er高铌TiAl金属间化合物Ti-46Al-8Nb-0.2Er铸态合金透射电子显微图。

具体实施方式

实施例1