[发明专利]一种制备TiAl合金与金属Nb扩散偶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备TiAl合金与金属Nb扩散偶的方法，利用该方法能够高效快捷地获取TiAl合金中加入Nb元素后的试验数据，属于材料研究方法及技术领域。

背景技术

TiAl金属间化合物以其较低的密度、较高的比刚度、比强度、耐磨、耐腐蚀、耐高温和优良的抗氧化性能等优点，被认为是一种极具发展前景的航空航天轻质高温结构材料。然而，其室温脆性、高温蠕变性能差和抗高温抗氧化性不足等缺点使得其应用受到限制。研究发现向TiAl合金中加入Nb元素是提高其性能的好方法。目前，Nb合金化TiAl的研究主要包括采用粉末冶金技术和非电弧自耗熔炼技术向TiAl合金中加入少量的Nb元素去研究Nb在TiAl合金中的分布、相组成、扩散行为以及所得材料的性能和采用热压烧结技术制备单相TiAl合金与含铌单相TiAl合金扩散偶来研究Ti-Al-Nb系统的互扩散性为。这些研究方法所获取的Ti-Al-Nb系统的信息并不全面。尚不能对该Ti-Al-Nb体系进行全面的认识，使新型TiAl合金产品的开发和相关基础理论研究的进展陷入瓶颈。开发利用新的实验方法，高效快捷地获取该合金体系的相组成、成分以及性能等实验数据，对于新型TiAl合金产品的研发和相关机理的认识具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是为研究Nb合金化TiAl合金体系的相组成、成分变化以及性能的提供一种系统、高效的实验样品，可以在单一样品上得到金属界面的结合部反应信息，进而获取TiAl合金与Nb元素合金化的实验数据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种制备TiAl合金与金属Nb扩散偶的方法，将金属Nb片和TiAl合金片叠合施压下热压扩散得到TiAl合金与金属Nb扩散偶试样，包括以下主要步骤：

步骤1：将金属Nb片和TiAl合金片进行研磨和抛光处理后得到平滑的接触面，然后在丙酮中超声清洗除油；

步骤2：将表面处理好的金属Nb片和TiAl合金片叠合组装起来，放入热压炉中；

步骤3：给组装好的试样施加9.9MPa的轴向压力，真空热压烧结炉炉腔抽真空至0.45Pa以下；以10℃/min的升温速率使真空热压烧结炉炉腔升至连接温度1150～1400℃，并保温8h，保温开始1h后撤去轴向压力；保温结束后连接试样以15℃/min的速率冷却至600℃，之后随炉冷却至室温，即完成了TiAl合金与金属Nb扩散偶的制备。

与现有技术相比，采用本发明方法获得的样品，可以在单一样品上得到金属界面的结合部反应信息，进而获取TiAl合金与Nb元素合金化的实验数据，减少了人力物力支出，为进行新型TiAl产品的研发和相关机理问题的研究提供了便利。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为材料组装图。

图2为热压烧结装置图。

图3为实施例1所得到的扩散偶的金相显微镜图。

图4为实施例2所得到的扩散偶的金相显微镜图。

图5为实施例2所得到的扩散偶的透射电镜图。

图中：1、TiAl基合金试件 2、金属Nb试件 3、上压头 4、热电偶 5、组装好后的试样 6、绝热层 7、下压头 8、垫片。

具体实施方案

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

实施例中所使用的TiAl基合金，其名义成分的原子比为Ti-46Al-8Ta，Nb为纯度为99.5％的金属Nb。

步骤1：原材料表面处理。将试样切成φ20×4的小圆片，φ20×4的小圆片，依次采用240#、400#、600#、800#、1000#和1500#SiC水砂纸对试样表面进行打磨，消除待连接表面的明显划痕后采用1.5#金刚石研磨膏进行机械抛光，使待连接表面呈现镜面效果，随后将试样浸入丙酮中超声波除油处理10min，并置于无水乙醇中保存。

步骤2：扩散偶组装。将待连接试样按连接要求组合成TiAl合金/Nb/TiAl合金后放入真空热压烧结炉内。

步骤3：扩散偶制备。对组装好的试样施加9.9MPa的轴向压力。在实施扩散连接时，将真空热压烧结炉炉腔抽真空至0.45Pa。以10℃/min的升温速率使真空热压烧结炉炉腔升至连接温度1350℃，并保温8h，保温开始1h后撤去轴向压力。保温结束后连接试样以15℃/min的速率冷却至600℃，之后随炉冷却至室温，即完成了TiAl合金与金属Nb扩散偶的制备。