[发明专利]一种含稀土元素Er的TiAl金属间化合物的制备方法

说明书

本发明公开了一种含稀土元素Er的TiAl金属间化合物的制备方法，所述方法如下：步骤一：制备稀土元素Er含量为0.2 at.%的Ti‑47Al‑2Nb‑2Cr‑0.2Er合金铸锭；步骤二：将Ti‑47Al‑2Nb‑2Cr‑0.2Er合金铸锭加工成定向凝固实验用圆棒；步骤三：将定向凝固实验用圆棒制备成含Er的TiAl金属间化合物定向凝固试样。本发明向定向凝固TiAl基合金中添加稀土元素Er，利用稀土元素Er清除TiAl基合金中溶解的氧原子，净化定向凝固组织，细化定向凝固TiAl合金的片层组织，同时不破坏其定向凝固效果，对提高TiAl合金的室温塑性，实现其工程化应用具有十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种同步净化和细化定向凝固TiAl基合金组织的方法，具体涉及一种含稀土元素Er的TiAl金属间化合物的制备方法。

背景技术

近年来针对TiAl基合金的研究日渐受到各国高温合金研究者的重视。TiAl基合金具有一般金属和合金所没有的高比强度、高比刚度，以及良好的高温抗氧化、抗蠕变和抗氢脆等特性，被认为是最有可能在600~850℃取代镍及高温合金的轻质合金。通过定向凝固方法获得TiAl基合金柱状晶组织，并且使TiAl基合金获得与生长方向平行或者成45°夹角的微观片层结构，可以使TiAl基合金的性能得到提高，但是由于原材料和熔炼过程的原因，定向凝固TiAl基合金基体中会不可避免地引入相当含量的氧元素。这些固溶在合金基体中的氧原子会显著降低定向凝固TiAl基合金的室温塑性。此外，粗大的片层组织也会导致定向凝固TiAl基合金室温塑性的下降。为了提高定向凝固TiAl基合金的室温延展性，实现其工程化应用的目标，既需要净化定向凝固TiAl基合金的组织，减少合金基体中固溶氧原子的含量，也需要细化定向凝固TiAl基合金的片层组织。

稀土元素因其独特的物理化学性质，近年来受到了研究人员的广泛关注。由于稀土元素与氧的电负性相差较大，且含稀土元素氧化合物的形成自由能很低，所以，稀土元素与氧原子很容易发生反应。TiAl合金中添加稀土元素后，在定向凝固过程中稀土元素会与固溶在TiAl合金基体中的氧原子相结合形成氧化物颗粒，降低TiAl合金基体中固溶氧原子的含量，起到净化合金熔体的作用。另一方面，合金熔体中溶解的氧原子含量减少，降低了α相堆垛层错能，增加堆垛层错形成的概率，进而导致α母相中γ片层形核率显著提高，最终获得细小的片层组织。

发明内容

本发明为了实现同步净化和细化定向凝固TiAl合金组织，提供了一种含稀土元素Er的TiAl金属间化合物的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种含稀土元素Er的TiAl金属间化合物的制备方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：制备稀土元素Er含量为0.2 at.%的Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.2Er合金铸锭；

步骤二：将Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.2Er合金铸锭加工成定向凝固实验用圆棒；

步骤三：在多功能冷坩埚电磁约束精确成形定向凝固设备中将定向凝固实验用圆棒制备成含Er的TiAl金属间化合物定向凝固试样。

本发明中，所述步骤一通过真空感应熔炼的方法制备稀土元素Er含量为0.2 at.%的Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.2Er合金铸锭，具体步骤如下：按照合金成分将海绵钛、铝块、铝铌中间合金、铬片和蒸馏态铒放入真空感应熔炼炉（美国Consarc公司的小型真空感应熔炼炉）中，抽真空至2.0×10^-3~2.5×10^-3 mbar，以8~10 kW/min的速率将熔炼功率加至150~160kW停止增加功率，然后在恒定功率下熔炼3~5 min得到合金熔体，然后将熔体浇注到预热至350~400 ℃的金属铸型中，得到Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.2Er合金铸锭，并随炉自然冷却。