粉末冶金制备钛铝合金技术现状及展望
发布时间：2021-11-18 13:37
TiAl基合金高温强度好、耐热性高,具有良好的塑性和抗高温氧化性能,研究人员对其做了大量的研究工作。本文简述了近年来国内外粉末冶金制备钛铝合金技术现状和发展趋势。介绍了几种不同的粉末冶金制备钛铝合金技术,分析了添加元素（合金元素、稀土元素、石墨烯等）对粉末冶金TiAl合金组织和性能影响,并对该技术未来的发展趋势进行了展望,提出了设备更为简单、成本更加低廉的高温机械高压下烧结制备钛铝合金新工艺。
【文章来源】：成都航空职业技术学院学报. 2020,36(03)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
注射成型工艺流程
目前钛铝合金可以通过以下几种方法制备：铸锭冶金技术、粉末冶金技术、快速冷凝技术、复合材料技术等。其中粉末冶金技术优势明显，制备出的钛铝合金组织均匀细小，而且便于成型不同形状的零件、变形加工性能良好，有效解决了难于加工成形的问题[4]。1952年美国的P.Duwez等首次提出钛铝二元系中存在Ti-Al相,以及晶格常数、固溶范围与Ti/Al比的关系[5]。Ti-Al二元相图如图1所示。上世纪50年代美国学者研究发现,钛铝合金在950℃环境中工作依然可以保持良好的抗氧化性和抗蠕变性能。在随后半个多世纪，美国的研究员投入大量时间研究了钛铝合金的各相性能[6]。美国国家材料咨询局研究了Ti-Al合金的各种性质和及未来应用在国防工业的可能性。与此同时，前苏联和日本金属学会以及一些工业发达国家也相继对Ti-Al合金报道了一些研究成果。近些年来，随着科技技术的不断提高，出现了各种性能优良的Ti-Al合金[7-8]。近年来，我国开发出了新一代的高温高性能高铌钛铝合金材料，被认为是一种性能优越的发动机材料，阻燃、抗氧化、抗蠕变性能十分突出，并且相继开发出了一系列的高铌钛铝合金。高铌钛铝合金主要元素有Ti、Al、Nb、C、W、Y，其中主要元素为Ti，其次铝含量高达45～46%,Nb含量为8～10%，是一种均匀的细晶全片层组织，片间距0.3～0.4μm，晶粒细小。可以在840～900℃工作环境中保持良好的使用性能。标志着我国航空航天发动机材料处于国际领先水平。对于高铌钛铝合金，我国具有独立知识产权的高温合金专利，带动了世界范围内该领域的研究开发[9]。
喷射成形技术20世纪60年代在传统粉末冶金技术的基础上发展起来的一种快速凝固制坯技术。可以制备出形状各异的半成品坯件，而且该材料密度低、比强度高以及良好的高温蠕变性、抗氧化性，作为一种高温部件广泛应用在航空航天领域中。喷射成形技术也逐步得到材料研究者们的关注，在一些特定的领域中应用亦愈加明显。由于钛铝合金熔点高，容易与坩埚、伸液管发生反应而产生杂质，因此该技术在钛铝合金制备方向应用相对较为滞后。在喷射成型过程中，金属溶液液滴直接注入到喷射圆锥范围内并快速沉淀凝固成型，减少了何静在高温环境中的氧化时间。成型的钛铝合金微观组织晶粒细小，呈层状或等轴状，其中TiB2增强相与基体充分结合，比其他方法制备的钛铝合金有更高的塑性韧性和蠕变抗性。刘星星[10]等基于喷射成型技术制备了钛铝合金。工艺流程如图2所示，首先将粉末钛铝融化成金属溶液，金属液流转化成细小液滴，金属液沿喷嘴的轴线方向飞行，在一定形状的模具中沉淀凝固成型，凝固速度快、组织致密。Ti-Al合金喷射成型技术应用在C-Ti-Al基合金上的报道较为多见，可制备出一系列C-Ti-Al基复合材料。通过添加塑性增强相TiC、、Al2O3TiN、TiB2、Al2Ti4C2、Ti5Si3、Ti2AlN、TiNb、NbC、SiC等的方法来提高C-Ti-Al基合金的塑性韧性。资料显示添加体积分数为10%TiNb颗粒,C-Ti-Al基合金的室温韧性可以提高2倍之多。2.2粉末注射成型烧结技术
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiC纳米颗粒对自蔓延高温合成Al-Ti-C中间合金的影响[J]. 于欢,张国伟,徐宏. 热加工工艺. 2019(10)
[2]微波烧结制备钛铝合金研究[J]. 罗铜,许磊,刘建华,夏仡,张利波,郭胜惠. 稀有金属. 2020(05)
[3]Mg元素对碳纳米管/钛铝合金复合材料组织与性能的影响[J]. 刘慧,郭俊. 世界有色金属. 2018(10)
[4]粉末钛合金的热等静压技术研究进展[J]. 刘文彬,陈伟,王铁军,车洪艳,梁超. 粉末冶金工业. 2018(02)
[5]稀土LaF3及烧结工艺对多孔Ti-Al合金材料性能的影响[J]. 狄玉丽. 热加工工艺. 2017(18)
[6]Ti/Al/TiN体系自蔓延高温合成钛铝氮复合材料[J]. 梁宝岩,张艳丽,张旺玺,王艳芝,徐世帅. 粉末冶金材料科学与工程. 2016(02)
[7]钛铝合金制备技术现状及新进展[J]. 李兴华,杨绍利. 材料导报. 2011(07)
[8]粉末注射成形钛铝烧结工艺研究[J]. 赵丽明,曲选辉,何新波,李世琼. 稀有金属. 2008(02)
[9]我国新型轻质航空航天用高铌钛铝合金将步入产业化[J]. 陈捷. 金属世界. 2008(02)
[10]喷射成形钛铝合金的研究[J]. 刘星星,严彪,邹洪流,司富明. 上海有色金属. 2007(03)
博士论文
[1]电铝热还原钛原料制备钛基材料(TinO2n-1,TiAl-M)研究[D]. 李军.上海大学 2018
[2]Al-C-Ti系粉末材料激光点火自蔓延烧结及产物的研究[D]. 李玉新.吉林大学 2008
硕士论文
[1]石墨烯/TiAl基合金关节轴承摩擦学特性研究[D]. 李文文.济南大学 2018
[2]稀土元素La对粉末冶金TiAl合金组织和性能影响的研究[D]. 李阳.西南交通大学 2018
[3]热等静压Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.2B合金高温变形行为研究[D]. 鲍颖.哈尔滨理工大学 2017
[4]合金化对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金显微组织和力学性能的影响[D]. 赵俊才.湘潭大学 2015
本文编号：3502994
【文章来源】：成都航空职业技术学院学报. 2020,36(03)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
注射成型工艺流程
目前钛铝合金可以通过以下几种方法制备：铸锭冶金技术、粉末冶金技术、快速冷凝技术、复合材料技术等。其中粉末冶金技术优势明显，制备出的钛铝合金组织均匀细小，而且便于成型不同形状的零件、变形加工性能良好，有效解决了难于加工成形的问题[4]。1952年美国的P.Duwez等首次提出钛铝二元系中存在Ti-Al相,以及晶格常数、固溶范围与Ti/Al比的关系[5]。Ti-Al二元相图如图1所示。上世纪50年代美国学者研究发现,钛铝合金在950℃环境中工作依然可以保持良好的抗氧化性和抗蠕变性能。在随后半个多世纪，美国的研究员投入大量时间研究了钛铝合金的各相性能[6]。美国国家材料咨询局研究了Ti-Al合金的各种性质和及未来应用在国防工业的可能性。与此同时，前苏联和日本金属学会以及一些工业发达国家也相继对Ti-Al合金报道了一些研究成果。近些年来，随着科技技术的不断提高，出现了各种性能优良的Ti-Al合金[7-8]。近年来，我国开发出了新一代的高温高性能高铌钛铝合金材料，被认为是一种性能优越的发动机材料，阻燃、抗氧化、抗蠕变性能十分突出，并且相继开发出了一系列的高铌钛铝合金。高铌钛铝合金主要元素有Ti、Al、Nb、C、W、Y，其中主要元素为Ti，其次铝含量高达45～46%,Nb含量为8～10%，是一种均匀的细晶全片层组织，片间距0.3～0.4μm，晶粒细小。可以在840～900℃工作环境中保持良好的使用性能。标志着我国航空航天发动机材料处于国际领先水平。对于高铌钛铝合金，我国具有独立知识产权的高温合金专利，带动了世界范围内该领域的研究开发[9]。
喷射成形技术20世纪60年代在传统粉末冶金技术的基础上发展起来的一种快速凝固制坯技术。可以制备出形状各异的半成品坯件，而且该材料密度低、比强度高以及良好的高温蠕变性、抗氧化性，作为一种高温部件广泛应用在航空航天领域中。喷射成形技术也逐步得到材料研究者们的关注，在一些特定的领域中应用亦愈加明显。由于钛铝合金熔点高，容易与坩埚、伸液管发生反应而产生杂质，因此该技术在钛铝合金制备方向应用相对较为滞后。在喷射成型过程中，金属溶液液滴直接注入到喷射圆锥范围内并快速沉淀凝固成型，减少了何静在高温环境中的氧化时间。成型的钛铝合金微观组织晶粒细小，呈层状或等轴状，其中TiB2增强相与基体充分结合，比其他方法制备的钛铝合金有更高的塑性韧性和蠕变抗性。刘星星[10]等基于喷射成型技术制备了钛铝合金。工艺流程如图2所示，首先将粉末钛铝融化成金属溶液，金属液流转化成细小液滴，金属液沿喷嘴的轴线方向飞行，在一定形状的模具中沉淀凝固成型，凝固速度快、组织致密。Ti-Al合金喷射成型技术应用在C-Ti-Al基合金上的报道较为多见，可制备出一系列C-Ti-Al基复合材料。通过添加塑性增强相TiC、、Al2O3TiN、TiB2、Al2Ti4C2、Ti5Si3、Ti2AlN、TiNb、NbC、SiC等的方法来提高C-Ti-Al基合金的塑性韧性。资料显示添加体积分数为10%TiNb颗粒,C-Ti-Al基合金的室温韧性可以提高2倍之多。2.2粉末注射成型烧结技术
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiC纳米颗粒对自蔓延高温合成Al-Ti-C中间合金的影响[J]. 于欢,张国伟,徐宏. 热加工工艺. 2019(10)
[2]微波烧结制备钛铝合金研究[J]. 罗铜,许磊,刘建华,夏仡,张利波,郭胜惠. 稀有金属. 2020(05)
[3]Mg元素对碳纳米管/钛铝合金复合材料组织与性能的影响[J]. 刘慧,郭俊. 世界有色金属. 2018(10)
[4]粉末钛合金的热等静压技术研究进展[J]. 刘文彬,陈伟,王铁军,车洪艳,梁超. 粉末冶金工业. 2018(02)
[5]稀土LaF3及烧结工艺对多孔Ti-Al合金材料性能的影响[J]. 狄玉丽. 热加工工艺. 2017(18)
[6]Ti/Al/TiN体系自蔓延高温合成钛铝氮复合材料[J]. 梁宝岩,张艳丽,张旺玺,王艳芝,徐世帅. 粉末冶金材料科学与工程. 2016(02)
[7]钛铝合金制备技术现状及新进展[J]. 李兴华,杨绍利. 材料导报. 2011(07)
[8]粉末注射成形钛铝烧结工艺研究[J]. 赵丽明,曲选辉,何新波,李世琼. 稀有金属. 2008(02)
[9]我国新型轻质航空航天用高铌钛铝合金将步入产业化[J]. 陈捷. 金属世界. 2008(02)
[10]喷射成形钛铝合金的研究[J]. 刘星星,严彪,邹洪流,司富明. 上海有色金属. 2007(03)
博士论文
[1]电铝热还原钛原料制备钛基材料(TinO2n-1,TiAl-M)研究[D]. 李军.上海大学 2018
[2]Al-C-Ti系粉末材料激光点火自蔓延烧结及产物的研究[D]. 李玉新.吉林大学 2008
硕士论文
[1]石墨烯/TiAl基合金关节轴承摩擦学特性研究[D]. 李文文.济南大学 2018
[2]稀土元素La对粉末冶金TiAl合金组织和性能影响的研究[D]. 李阳.西南交通大学 2018
[3]热等静压Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.2B合金高温变形行为研究[D]. 鲍颖.哈尔滨理工大学 2017
[4]合金化对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金显微组织和力学性能的影响[D]. 赵俊才.湘潭大学 2015
本文编号：3502994
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