[发明专利]一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末及其制备方法

说明书

本发明公开一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末及其制备方法，该稀土改性TiAl合金粉末中稀土元素为Sc和Zr，其中Sc质量百分数为0.1～0.4％，Zr质量百分数为0.1～0.3％。Sc是一种铝合金的变质处理剂，具有较高的活性，Al元素优先与稀土元素反应形成稀土化合物，使Al当量也随之降低，造成形成脆性相的元素减少，脆性相数量得以降低；向含Sc的TiAl合金中再添加Zr，Zr和Sc共同成为变质处理剂，形成A13(Sc1‑xZrx)粒子，可有效提高合金性能，而且Zr的添加也可减少Sc元素的添加量，从而降低材料成本。该制备方法工艺简单，成本低，适用于大批量生产。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其是一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末及其制备方法。

背景技术

增材制造技术是快速成型技术的一种，是一种以三维模型为基础，运用金属粉末或者塑料等可粘合材料，通过逐层扫描，层层堆垛的方式来构造出立体三维零件的技术。增材制造技术结合了计算机辅助设计(Computer Aided Design)/计算机辅助制造(ComputerAided Manufacturing)、光学、数控及材料科学等各类学科，应用领域非常广泛，在珠宝、医疗、鞋类、工业设计、建筑、航空航天、汽车、教育等都有应用前景。

TiAl合金属于金属间化合物材料，密度是镍基高温合金的一半，并且有高熔点、高比强度、高比模量、高抗氧化抗蠕变等优异性能，是一种可取代部分高温合金、应用于航空航天等热端部件的新型轻质高温结构材料。但是，由于TiAl合金室温脆性导致TiAl合金室温塑性低，严重阻碍了TiAl基合金的实际应用。

发明内容

本发明提供一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末及其制备方法，用于克服现有技术中TiAl合金粉末材料增材制造成型件室温塑性低等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末，所述稀土改性TiAl合金粉末中稀土元素为Sc和Zr，其中Sc质量百分数为0.1～0.4％，Zr质量百分数为0.1～0.3％。

为实现上述目的，本发明还提出一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末的制备方法，包括：

S1：选取TiAl合金，并按质量百分数称取0.1～0.3％的Zr单质、0.1～0.4％的Sc元素对应的Al-Sc中间合金，对所述TiAl合金、Zr单质和Al-Sc中间合金进行预处理；

S2：采用TiAl合金雾化工艺对所述TiAl合金进行熔炼，并在所述熔炼过程中加入所述Zr单质和Al-Sc中间合金，待TiAl合金、Zr单质和Al-Sc中间合金熔炼混合后进行雾化，获得粉体；

S3：按增材制造粉末要求对所述粉体进行分级，获得粒径在15～53μm的稀土改性TiAl合金粉末。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明提供的稀土改性TiAl合金粉末中稀土元素为Sc和Zr，其中Sc质量百分数为0.1～0.4％，Zr质量百分数为0.1～0.3％。稀土元素Sc是一种铝合金的变质处理剂，具有较高的活性，Al元素优先与稀土元素反应形成稀土化合物，使Al当量也随之降低，造成形成脆性相的元素减少，脆性相数量得以降低。另一方面，稀土化合物的优先生成，能减小形核壁垒，成为异质形核核心，增加形核率，进一步细化晶粒。此外，形成的稀土相在基体弥散分布，可以阻止晶粒长大，使其保持细小的晶粒组织，从而改善了TiAl合金的综合力学性能。同时，向含Sc的TiAl合金中再添加一些过渡金属Zr，Zr元素和Sc元素共同成为变质处理剂，Zr可以与Al和Sc形成A13(Sc1-xZrx)粒子，该粒子可有效提高合金性能，而且Zr元素的添加也可减少Sc元素的添加量，从而降低材料成本。