CN110640142B - 一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法 - Google Patents

一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110640142B
CN110640142B CN201910963194.8A CN201910963194A CN110640142B CN 110640142 B CN110640142 B CN 110640142B CN 201910963194 A CN201910963194 A CN 201910963194A CN 110640142 B CN110640142 B CN 110640142B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sheath
tial
carbon steel
based alloy
powder
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
CN201910963194.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110640142A (zh
Inventor
郎泽保
王亮
杨震晓
姚草根
续秋玉
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.)
Spaceflight Changzheng Ruite Science & Technology Co ltd
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology
Original Assignee
Spaceflight Changzheng Ruite Science & Technology Co ltd
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Aerospace Research Institute of Materials and Processing 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 Spaceflight Changzheng Ruite Science & Technology Co ltd, China Academy of Launch Vehicle Technology CALT, Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology filed Critical Spaceflight Changzheng Ruite Science & Technology Co ltd
Priority to CN201910963194.8A priority Critical patent/CN110640142B/zh
Publication of CN110640142A publication Critical patent/CN110640142A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110640142B publication Critical patent/CN110640142B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B22F3/15—Hot isostatic pressing
    • 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
    • B22F3/1208—Containers or coating used therefor
    • B22F3/1216—Container composition
    • 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
    • B22F3/1208—Containers or coating used therefor
    • B22F3/1258—Container manufacturing
    • 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
    • C22C14/00—Alloys based on titanium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明涉及一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法，属于TiAl基合金构件制备与工艺技术领域。本发明的方法可以将碳钢包套热等静压致密化TiAl基合金粉末的使用温度提高到1400℃以下，因此可以直接利用热等静压致密化方法获得具有近γ组织、双态组织、近全片层组织或者全片层组织的压坯，为高性能TiAl基合金的制备提高了新的制备方法。

Description

一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法
技术领域
本发明涉及一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法，属于TiAl基合金构件制备与工艺技术领域。
背景技术
在热等静压粉末冶金工艺中，包套中的粉末处于一个较好的真空状态。在热等静压过程中，外界压力通过包套作用在粉末中，促使粉末在包套中压缩、充分变形及扩散，形成具有一定形状的压坯。因此，在热等静压过程中，保持包套的完整性和可靠性十分必要。
由于焊接性能好，价格低，碳钢是常用的热等静压致密化钛合金粉末的包套材料。但是，在用于热等静压致密化TiAl基合金粉末的过程中，当热等静压温度超过1260℃，碳钢包套与TiAl基合金之间由于原子扩散而形成TixFey、FexAly等金属间化合物，导致获得的TiAl基合金压坯致密度降低，并会导致碳钢包套中形成微孔。若保温时间足够长，则可能在碳钢包套中形成贯穿的通道，导致热等静压处理失败。然而，在1260℃以下热等静压，获取的粉末冶金TiAl基合金压坯为双态组织，室温塑性低，难以进行机械加工，限制了热等静压粉末冶金技术在制备TiAl基合金方面的使用范围。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术中碳钢包套在热等静压致密化TiAl基合金粉末的过程中耐温低的问题，提出一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法，该方法中采用了在碳钢包套内表面与TiAl基合金粉末接触的地方添加氧化铝、氧化锆等陶瓷涂层，阻碍碳钢包套与TiAl基合金粉末直接接触，杜绝了TixFey、FexAly等金属间化合物的形成，提高了碳钢包套的使用温度，扩大了碳钢包套在热等静压致密化TiAl基合金的温度范围，为直接利用热等静压工艺获得高性能的TiAl基合金压坯提供了支持。
本发明的技术解决方案是：
一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法，该方法的步骤包括：
(1)制备TiAl基合金构件的包套；
制备包套时按照TiAl基合金构件的尺寸要求设计包套的尺寸，制备包套的原材料为碳钢，包套包括包套盖、包套底、包套筒身和碳钢垫片；
(2)在包套盖的下表面、包套底的上表面、包套筒身的内表面和碳钢垫片的双面制备涂层；碳钢垫片的双面是指碳钢垫片的上表面和下表面；
涂层原料为Al2O3粉末、ZrO2粉末、TiO2粉末、Y2O3粉末中的一种或者两种以上的混合物；涂层可以为一层、两层或是多层，最顶端的涂层原料为Al2O3粉末；最顶端的涂层为与TiAl基合金粉末相接触的涂层；
涂层的制备方法为热喷涂、电弧沉积或CVD沉积；
涂层的总厚度为150～250μm；
(3)将包套底焊接在包套筒身的底部，焊接时采用氩弧焊，焊接完成后在焊接区域(即焊缝处)涂抹料浆，料浆为氧化物粉末和乙酸锆的混合物，氧化物粉末和乙酸锆的混合物中氧化物粉末和乙酸锆的体积比为1：(2-4)，涂抹料浆完成后用吹风机吹干，得到带底的包套筒；氧化物粉末为Al2O3、TiO2、Y2O3中的一种或两种以上的组合物；
(4)在振动的条件下向步骤(3)得到的带底的包套筒内填充TiAl基合金粉末，TiAl基合金粉末添加完成后在TiAl基合金粉末的顶端添加碳钢垫片，碳钢垫片为圆片，碳钢垫片的直径比包套筒的直径小1-1.5mm，且碳钢垫片与包套筒同轴，碳钢垫片添加完成后在碳钢垫片的顶端添加陶瓷粉末，陶瓷粉末的粒度为60～120目，陶瓷粉末粒度的选取既可防止TiAl基合金粉末与碳钢包套相接触，又不会妨碍包套除气；陶瓷粉末为Al2O3、ZrO2、TiO2、Y2O3中的一种或者两种以上的组合，陶瓷粉末粒度为60～120目，陶瓷粉末厚度为0.5～2mm；
(5)将包套盖焊接在步骤(4)得到的包套筒的顶端，焊接时采用氩弧焊，焊接完成后得到填充有TiAl基合金粉末的包套，然后对得到的包套进行除气，除气完成后进行热等静压致密化处理。
有益效果
(1)本发明的方法可以将用于热等静压致密化TiAl基合金粉末的碳钢包套使用温度提高到1400℃以下，因此可以直接利用热等静压致密化方法获得具有近γ组织、双态组织、近全片层组织或者全片层组织的压坯，为高性能TiAl基合金的制备提高了新的制备方法；
(2)本发明利用热喷涂等方法在碳钢包套组件的内壁添加Al2O3、ZrO2等陶瓷涂层，并在包套的焊缝处添加乙酸锆与Al2O3的混合料浆，最后在TiAl基合金粉末与包套盖之间添加粒度为60～120目的Al2O3粉末颗粒，从而将碳钢包套与TiAl基合金粉末相隔离，阻止碳钢包套与TiAl基合金之间通过扩散形成TixFey、AlxFey等脆性相，扩大了利用碳钢包套致密化TiAl基合金粉末的温度选择范围，为TiAl基合金的研究提供便利。
附图说明
图1为包套的结构示意图；
图2为添加了Al2O3/ZrO2涂层的20#低碳钢包套；
图3为1350℃热等静压后获得的低碳钢包套和Ti-46Al-2Cr-2Nb压坯的微观组织。
具体实施方式
一种提高碳钢包套在热等静压致密化TiAl粉末过程中使用温度的方法，步骤为：
1)在用于热等静压致密化TiAl基合金粉末的碳钢包套内壁添加陶瓷涂层；
2)将步骤1)涉及的碳钢包套用氩弧焊的方法组装在一起，并在焊缝上涂陶瓷粉末和乙酸锆形成的料浆。待料浆干燥后，在振动的状态下向包套中充入TiAl基合金粉末；
3)在步骤2)中的TiAl基合金粉末的上面添加垫片，然后在垫片的上面填充Al2O3粉末；
4)在步骤3)的陶瓷粉末上面添加包套盖，并利用氩弧焊的方法形成包套；
5)将步骤4)中的包套进行除气及热等静压，即可完成TiAl基合金粉末的热等静压致密化处理。
步骤1)中向碳钢包套内壁添加的陶瓷粉末为Al2O3、ZrO2、TiO2或Y2O3中的一种或者多种粉末的组合，但与TiAl基合金粉末相接触的陶瓷粉末应该为Al2O3粉末，涂层的厚度之和为150～250μm；
步骤1)中向碳钢包套内壁添加陶瓷涂层的方法可以为热喷涂、CVD或者电弧沉积的方式；
步骤2)中向包套焊缝处涂抹的料浆中陶瓷粉末和乙酸锆的配比为：1：3(体积比)，且陶瓷粉末的种类为Al2O3、TiO2或Y2O3中的一种或者多种粉末的组合；
步骤3)中向垫片上填充的陶瓷粉末可以为Al2O3、ZrO2、TiO2或Y2O3中的一种或者多种粉末的组合，粉末粒度为60～120目，厚度约为0.5～2mm。
实施例
以利用TiAl基合金预合金粉末热等静压致密化Ti-46Al-2Cr-2Nb(at％)为例，说明本方法的具体实施方式。
(1)按照图1利用20#低碳钢加工包套；
(2)包套筒的内壁、垫片及包套盖上氧化铝+氧化锆涂层，先添加氧化锆，再添加氧化铝，涂层的总厚度为210μm。添加的方法为热喷涂；
(3)利用氩弧焊等方法按照要求组合包套，如图2；
(4)在焊接区域添加颗粒度为－180～+250mu目的Al2O3粉末和乙酸锆的混合液(体积配比为1:3)，然后用吹风机吹干；
(5)在振动的条件下向包套内填充TiAl基合金粉末，并添加碳钢垫片；
(6)垫片与包套盖之间添加氧化铝粉末，粒度为60～120目；颗粒较粗的粉末既可防止TiAl粉末与低碳钢包套相接触，又不会妨碍包套除气；
(7)焊接包套盖，然后对包套在一定温度下除气。在完成除气后，在1350℃，2h，压力≥140MPa的工艺参数下进行TiAl基合金粉末的热等静压致密化处理，获得了具有近全片层组织的Ti-46Al-2Cr-2Nb压坯。
按照GB 228.1的要求从Ti-46Al-2Cr-2Nb压坯上取样，加工拉伸试棒，进行室温拉伸性能的测试，其结果如下表所示：
Figure BDA0002229632920000051

Claims (6)

1.一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法，其特征在于该方法的步骤包括：
（1）制备TiAl基合金构件的包套；
（2）包套包括包套盖、包套底、包套筒身和碳钢垫片;在包套盖的下表面、包套底的上表面、包套筒身的内表面和碳钢垫片的双面制备涂层；
涂层原料为Al2O3粉末、ZrO2粉末、TiO2粉末、Y2O3粉末中的一种或者两种以上的混合物；最顶端的涂层原料为Al2O3粉末；最顶端的涂层为与TiAl基合金粉末相接触的涂层；
涂层的总厚度为150～250um；
（3）将包套底焊接在包套筒身的底部，焊接完成后在焊接区域涂抹料浆，料浆为氧化物粉末和乙酸锆的混合物，氧化物粉末和乙酸锆的混合物中氧化物粉末和乙酸锆的体积比为1：（2-4），料浆干燥后，得到带底的包套筒；氧化物粉末为Al2O3、TiO2、Y2O3中的一种或两种以上的组合物；
（4）在振动的条件下向步骤（3）得到的带底的包套筒内填充TiAl基合金粉末，TiAl基合金粉末添加完成后在TiAl基合金粉末的顶端添加碳钢垫片，碳钢垫片为圆片，碳钢垫片的直径比包套筒的直径小1-1.5mm，且碳钢垫片与包套筒同轴，碳钢垫片添加完成后在碳钢垫片的顶端添加陶瓷粉末，陶瓷粉末的粒度为60～120目，陶瓷粉末为Al2O3、ZrO2、TiO2、Y2O3中的一种或者两种以上的组合，陶瓷粉末厚度为0.5～2mm；
（5）将包套盖焊接在步骤（4）得到的包套筒的顶端，焊接完成后得到填充有TiAl基合金粉末的包套，然后对得到的包套进行除气，除气完成后进行热等静压致密化处理，热等静压致密化处理完成后去除碳钢包套，即可得到TiAl基合金压坯；
所述的步骤（5）中，热等静压致密化处理温度为1150-1350℃，热等静压致密化处理时间为2-4h；
所述的步骤（5）中，热等静压致密化处理压力为130-150MPa。
2.根据权利要求1所述的一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法，其特征在于：所述的步骤（1）中，制备包套时按照TiAl基合金构件的尺寸要求设计包套的尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，涂层为一层、两层或是多层。
4.根据权利要求1所述的一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，涂层的制备方法为热喷涂、电弧沉积或CVD沉积。
5.根据权利要求1所述的一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法，其特征在于：所述的步骤（3）中，焊接时采用氩弧焊。
6.根据权利要求1所述的一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法，其特征在于：所述的步骤（5）中，焊接时采用氩弧焊。
CN201910963194.8A 2019-10-11 2019-10-11 一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法 Active CN110640142B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910963194.8A CN110640142B (zh) 2019-10-11 2019-10-11 一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910963194.8A CN110640142B (zh) 2019-10-11 2019-10-11 一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110640142A CN110640142A (zh) 2020-01-03
CN110640142B true CN110640142B (zh) 2022-03-04

Family

ID=69012688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910963194.8A Active CN110640142B (zh) 2019-10-11 2019-10-11 一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110640142B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113182773B (zh) * 2021-01-28 2023-01-24 西北工业大学 一种TiAl基合金异质扩散连接接头强化方法
CN115386756B (zh) * 2022-10-31 2023-03-24 西安欧中材料科技有限公司 一种高塑性钛铝合金制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101579741A (zh) * 2009-06-04 2009-11-18 航天材料及工艺研究所 一种大尺寸薄壁钛合金筒形件制造方法及筒形模具
JP2010236060A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Hitachi Tool Engineering Ltd 窒化物分散Ｔｉ−Ａｌ系ターゲット及びその製造方法
CN103351164A (zh) * 2013-05-23 2013-10-16 安泰科技股份有限公司 一种高纯度、高性能钛硅碳陶瓷块体材料及其制备方法
CN103469135A (zh) * 2013-09-12 2013-12-25 航天材料及工艺研究所 一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法
CN103586468A (zh) * 2013-11-08 2014-02-19 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种TiAl合金粉末近净成型的方法
CN103801581A (zh) * 2014-01-24 2014-05-21 北京科技大学 一种高铌钛铝基合金板材的制备方法
CN105436505A (zh) * 2015-11-14 2016-03-30 华中科技大学 一种用于提高零件表面质量的热等静压成形方法
CN106735171A (zh) * 2016-12-27 2017-05-31 华中科技大学 一种钛铝预合金粉末置氢与两步除氢热等静压成形方法
CN108569890A (zh) * 2017-02-21 2018-09-25 株洲冶炼集团股份有限公司 一种制备管状ito靶材的工艺方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010236060A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Hitachi Tool Engineering Ltd 窒化物分散Ｔｉ−Ａｌ系ターゲット及びその製造方法
CN101579741A (zh) * 2009-06-04 2009-11-18 航天材料及工艺研究所 一种大尺寸薄壁钛合金筒形件制造方法及筒形模具
CN103351164A (zh) * 2013-05-23 2013-10-16 安泰科技股份有限公司 一种高纯度、高性能钛硅碳陶瓷块体材料及其制备方法
CN103469135A (zh) * 2013-09-12 2013-12-25 航天材料及工艺研究所 一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法
CN103586468A (zh) * 2013-11-08 2014-02-19 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种TiAl合金粉末近净成型的方法
CN103801581A (zh) * 2014-01-24 2014-05-21 北京科技大学 一种高铌钛铝基合金板材的制备方法
CN105436505A (zh) * 2015-11-14 2016-03-30 华中科技大学 一种用于提高零件表面质量的热等静压成形方法
CN106735171A (zh) * 2016-12-27 2017-05-31 华中科技大学 一种钛铝预合金粉末置氢与两步除氢热等静压成形方法
CN108569890A (zh) * 2017-02-21 2018-09-25 株洲冶炼集团股份有限公司 一种制备管状ito靶材的工艺方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110640142A (zh) 2020-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110640142B (zh) 一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法
US9186726B2 (en) Methods of forming a metallic or ceramic article having a novel composition of functionally graded material and articles containing the same
EP1434663B1 (en) Process for the production of sintered porous bodies
US20130177740A1 (en) Powder-based material system with stable porosity
CN104736274A (zh) 制造耐火金属构件
EP3219827A1 (en) Heat-resistant member provided with heat-shielding coating, and method for manufacturing same
CN108727018B (zh) 陶瓷-金属复合构件的制备方法
CN112207281B (zh) 一种层状梯度铜基复合材料及其制备方法
EP3450160B1 (en) Methods for manufacturing components having spatially graded properties
CN101559491B (zh) 一种大型烧结多孔锥管的整体成型模具及均向成型方法
CN110252156A (zh) 一种金属复合陶瓷膜及其制备方法
US6777074B2 (en) Composite construction
CN109023338B (zh) 一种铌合金表面耐高温多组元硅化物涂层及其制备方法
CN112404426B (zh) 钛铝合金模具、钛铝合金外包套的制备方法及应用钛铝合金模具进行放电等离子烧结的方法
CN101829781A (zh) 无活性中间层的硬质合金与钢的连接方法
CN110918976B (zh) 一种NiAl基合金构件的成形方法
JP6654169B2 (ja) 焼結用型の作製方法
JPWO2018124108A1 (ja) セラミック部材及び切削工具
Hmelov Development of Dense Materials by Plasma-Spark Sintering of Oxide–Oxide-Free Components with Different Mixtures of Metal Powders
WO2006003703A1 (ja) 焼結相対密度の異なる部分が併存する焼結品及びその製造方法
CN103935077B (zh) 一种层状钛/氧化铝复合材料及其制备方法
WO2021192554A1 (ja) 耐酸化合金及び耐酸化合金の製造方法
CN206116341U (zh) 用于高电压等级的陶瓷金属化管壳
JP3825347B2 (ja) 複合構造体
JPH07106288B2 (ja) 金属フィルタの製造方法

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