粉末冶金制備鈦鋁合金技術現狀及展望
發(fā)布時間：2021-11-18 13:37
TiAl基合金高溫強度好、耐熱性高,具有良好的塑性和抗高溫氧化性能,研究人員對其做了大量的研究工作。本文簡述了近年來國內外粉末冶金制備鈦鋁合金技術現狀和發(fā)展趨勢。介紹了幾種不同的粉末冶金制備鈦鋁合金技術,分析了添加元素（合金元素、稀土元素、石墨烯等）對粉末冶金TiAl合金組織和性能影響,并對該技術未來的發(fā)展趨勢進行了展望,提出了設備更為簡單、成本更加低廉的高溫機械高壓下燒結制備鈦鋁合金新工藝。
【文章來源】：成都航空職業(yè)技術學院學報. 2020,36(03)
【文章頁數】：5 頁
【部分圖文】：
注射成型工藝流程
目前鈦鋁合金可以通過以下幾種方法制備：鑄錠冶金技術、粉末冶金技術、快速冷凝技術、復合材料技術等。其中粉末冶金技術優(yōu)勢明顯，制備出的鈦鋁合金組織均勻細小，而且便于成型不同形狀的零件、變形加工性能良好，有效解決了難于加工成形的問題[4]。1952年美國的P.Duwez等首次提出鈦鋁二元系中存在Ti-Al相,以及晶格常數、固溶范圍與Ti/Al比的關系[5]。Ti-Al二元相圖如圖1所示。上世紀50年代美國學者研究發(fā)現,鈦鋁合金在950℃環(huán)境中工作依然可以保持良好的抗氧化性和抗蠕變性能。在隨后半個多世紀，美國的研究員投入大量時間研究了鈦鋁合金的各相性能[6]。美國國家材料咨詢局研究了Ti-Al合金的各種性質和及未來應用在國防工業(yè)的可能性。與此同時，前蘇聯和日本金屬學會以及一些工業(yè)發(fā)達國家也相繼對Ti-Al合金報道了一些研究成果。近些年來，隨著科技技術的不斷提高，出現了各種性能優(yōu)良的Ti-Al合金[7-8]。近年來，我國開發(fā)出了新一代的高溫高性能高鈮鈦鋁合金材料，被認為是一種性能優(yōu)越的發(fā)動機材料，阻燃、抗氧化、抗蠕變性能十分突出，并且相繼開發(fā)出了一系列的高鈮鈦鋁合金。高鈮鈦鋁合金主要元素有Ti、Al、Nb、C、W、Y，其中主要元素為Ti，其次鋁含量高達45～46%,Nb含量為8～10%，是一種均勻的細晶全片層組織，片間距0.3～0.4μm，晶粒細小�？梢栽�840～900℃工作環(huán)境中保持良好的使用性能。標志著我國航空航天發(fā)動機材料處于國際領先水平。對于高鈮鈦鋁合金，我國具有獨立知識產權的高溫合金專利，帶動了世界范圍內該領域的研究開發(fā)[9]。
噴射成形技術20世紀60年代在傳統(tǒng)粉末冶金技術的基礎上發(fā)展起來的一種快速凝固制坯技術�？梢灾苽涑鲂螤罡鳟惖陌氤善放骷�，而且該材料密度低、比強度高以及良好的高溫蠕變性、抗氧化性，作為一種高溫部件廣泛應用在航空航天領域中。噴射成形技術也逐步得到材料研究者們的關注，在一些特定的領域中應用亦愈加明顯。由于鈦鋁合金熔點高，容易與坩堝、伸液管發(fā)生反應而產生雜質，因此該技術在鈦鋁合金制備方向應用相對較為滯后。在噴射成型過程中，金屬溶液液滴直接注入到噴射圓錐范圍內并快速沉淀凝固成型，減少了何靜在高溫環(huán)境中的氧化時間。成型的鈦鋁合金微觀組織晶粒細小，呈層狀或等軸狀，其中TiB2增強相與基體充分結合，比其他方法制備的鈦鋁合金有更高的塑性韌性和蠕變抗性。劉星星[10]等基于噴射成型技術制備了鈦鋁合金。工藝流程如圖2所示，首先將粉末鈦鋁融化成金屬溶液，金屬液流轉化成細小液滴，金屬液沿噴嘴的軸線方向飛行，在一定形狀的模具中沉淀凝固成型，凝固速度快、組織致密。Ti-Al合金噴射成型技術應用在C-Ti-Al基合金上的報道較為多見，可制備出一系列C-Ti-Al基復合材料。通過添加塑性增強相TiC、、Al2O3TiN、TiB2、Al2Ti4C2、Ti5Si3、Ti2AlN、TiNb、NbC、SiC等的方法來提高C-Ti-Al基合金的塑性韌性。資料顯示添加體積分數為10%TiNb顆粒,C-Ti-Al基合金的室溫韌性可以提高2倍之多。2.2粉末注射成型燒結技術
【參考文獻】：
期刊論文
[1]SiC納米顆粒對自蔓延高溫合成Al-Ti-C中間合金的影響[J]. 于歡,張國偉,徐宏. 熱加工工藝. 2019(10)
[2]微波燒結制備鈦鋁合金研究[J]. 羅銅,許磊,劉建華,夏仡,張利波,郭勝惠. 稀有金屬. 2020(05)
[3]Mg元素對碳納米管/鈦鋁合金復合材料組織與性能的影響[J]. 劉慧,郭俊. 世界有色金屬. 2018(10)
[4]粉末鈦合金的熱等靜壓技術研究進展[J]. 劉文彬,陳偉,王鐵軍,車洪艷,梁超. 粉末冶金工業(yè). 2018(02)
[5]稀土LaF3及燒結工藝對多孔Ti-Al合金材料性能的影響[J]. 狄玉麗. 熱加工工藝. 2017(18)
[6]Ti/Al/TiN體系自蔓延高溫合成鈦鋁氮復合材料[J]. 梁寶巖,張艷麗,張旺璽,王艷芝,徐世帥. 粉末冶金材料科學與工程. 2016(02)
[7]鈦鋁合金制備技術現狀及新進展[J]. 李興華,楊紹利. 材料導報. 2011(07)
[8]粉末注射成形鈦鋁燒結工藝研究[J]. 趙麗明,曲選輝,何新波,李世瓊. 稀有金屬. 2008(02)
[9]我國新型輕質航空航天用高鈮鈦鋁合金將步入產業(yè)化[J]. 陳捷. 金屬世界. 2008(02)
[10]噴射成形鈦鋁合金的研究[J]. 劉星星,嚴彪,鄒洪流,司富明. 上海有色金屬. 2007(03)
博士論文
[1]電鋁熱還原鈦原料制備鈦基材料(TinO2n-1,TiAl-M)研究[D]. 李軍.上海大學 2018
[2]Al-C-Ti系粉末材料激光點火自蔓延燒結及產物的研究[D]. 李玉新.吉林大學 2008
碩士論文
[1]石墨烯/TiAl基合金關節(jié)軸承摩擦學特性研究[D]. 李文文.濟南大學 2018
[2]稀土元素La對粉末冶金TiAl合金組織和性能影響的研究[D]. 李陽.西南交通大學 2018
[3]熱等靜壓Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.2B合金高溫變形行為研究[D]. 鮑穎.哈爾濱理工大學 2017
[4]合金化對Ti-48Al-2Cr-2Nb合金顯微組織和力學性能的影響[D]. 趙俊才.湘潭大學 2015
本文編號：3502994
【文章來源】：成都航空職業(yè)技術學院學報. 2020,36(03)
【文章頁數】：5 頁
【部分圖文】：
注射成型工藝流程
目前鈦鋁合金可以通過以下幾種方法制備：鑄錠冶金技術、粉末冶金技術、快速冷凝技術、復合材料技術等。其中粉末冶金技術優(yōu)勢明顯，制備出的鈦鋁合金組織均勻細小，而且便于成型不同形狀的零件、變形加工性能良好，有效解決了難于加工成形的問題[4]。1952年美國的P.Duwez等首次提出鈦鋁二元系中存在Ti-Al相,以及晶格常數、固溶范圍與Ti/Al比的關系[5]。Ti-Al二元相圖如圖1所示。上世紀50年代美國學者研究發(fā)現,鈦鋁合金在950℃環(huán)境中工作依然可以保持良好的抗氧化性和抗蠕變性能。在隨后半個多世紀，美國的研究員投入大量時間研究了鈦鋁合金的各相性能[6]。美國國家材料咨詢局研究了Ti-Al合金的各種性質和及未來應用在國防工業(yè)的可能性。與此同時，前蘇聯和日本金屬學會以及一些工業(yè)發(fā)達國家也相繼對Ti-Al合金報道了一些研究成果。近些年來，隨著科技技術的不斷提高，出現了各種性能優(yōu)良的Ti-Al合金[7-8]。近年來，我國開發(fā)出了新一代的高溫高性能高鈮鈦鋁合金材料，被認為是一種性能優(yōu)越的發(fā)動機材料，阻燃、抗氧化、抗蠕變性能十分突出，并且相繼開發(fā)出了一系列的高鈮鈦鋁合金。高鈮鈦鋁合金主要元素有Ti、Al、Nb、C、W、Y，其中主要元素為Ti，其次鋁含量高達45～46%,Nb含量為8～10%，是一種均勻的細晶全片層組織，片間距0.3～0.4μm，晶粒細小�？梢栽�840～900℃工作環(huán)境中保持良好的使用性能。標志著我國航空航天發(fā)動機材料處于國際領先水平。對于高鈮鈦鋁合金，我國具有獨立知識產權的高溫合金專利，帶動了世界范圍內該領域的研究開發(fā)[9]。
噴射成形技術20世紀60年代在傳統(tǒng)粉末冶金技術的基礎上發(fā)展起來的一種快速凝固制坯技術�？梢灾苽涑鲂螤罡鳟惖陌氤善放骷�，而且該材料密度低、比強度高以及良好的高溫蠕變性、抗氧化性，作為一種高溫部件廣泛應用在航空航天領域中。噴射成形技術也逐步得到材料研究者們的關注，在一些特定的領域中應用亦愈加明顯。由于鈦鋁合金熔點高，容易與坩堝、伸液管發(fā)生反應而產生雜質，因此該技術在鈦鋁合金制備方向應用相對較為滯后。在噴射成型過程中，金屬溶液液滴直接注入到噴射圓錐范圍內并快速沉淀凝固成型，減少了何靜在高溫環(huán)境中的氧化時間。成型的鈦鋁合金微觀組織晶粒細小，呈層狀或等軸狀，其中TiB2增強相與基體充分結合，比其他方法制備的鈦鋁合金有更高的塑性韌性和蠕變抗性。劉星星[10]等基于噴射成型技術制備了鈦鋁合金。工藝流程如圖2所示，首先將粉末鈦鋁融化成金屬溶液，金屬液流轉化成細小液滴，金屬液沿噴嘴的軸線方向飛行，在一定形狀的模具中沉淀凝固成型，凝固速度快、組織致密。Ti-Al合金噴射成型技術應用在C-Ti-Al基合金上的報道較為多見，可制備出一系列C-Ti-Al基復合材料。通過添加塑性增強相TiC、、Al2O3TiN、TiB2、Al2Ti4C2、Ti5Si3、Ti2AlN、TiNb、NbC、SiC等的方法來提高C-Ti-Al基合金的塑性韌性。資料顯示添加體積分數為10%TiNb顆粒,C-Ti-Al基合金的室溫韌性可以提高2倍之多。2.2粉末注射成型燒結技術
【參考文獻】：
期刊論文
[1]SiC納米顆粒對自蔓延高溫合成Al-Ti-C中間合金的影響[J]. 于歡,張國偉,徐宏. 熱加工工藝. 2019(10)
[2]微波燒結制備鈦鋁合金研究[J]. 羅銅,許磊,劉建華,夏仡,張利波,郭勝惠. 稀有金屬. 2020(05)
[3]Mg元素對碳納米管/鈦鋁合金復合材料組織與性能的影響[J]. 劉慧,郭俊. 世界有色金屬. 2018(10)
[4]粉末鈦合金的熱等靜壓技術研究進展[J]. 劉文彬,陳偉,王鐵軍,車洪艷,梁超. 粉末冶金工業(yè). 2018(02)
[5]稀土LaF3及燒結工藝對多孔Ti-Al合金材料性能的影響[J]. 狄玉麗. 熱加工工藝. 2017(18)
[6]Ti/Al/TiN體系自蔓延高溫合成鈦鋁氮復合材料[J]. 梁寶巖,張艷麗,張旺璽,王艷芝,徐世帥. 粉末冶金材料科學與工程. 2016(02)
[7]鈦鋁合金制備技術現狀及新進展[J]. 李興華,楊紹利. 材料導報. 2011(07)
[8]粉末注射成形鈦鋁燒結工藝研究[J]. 趙麗明,曲選輝,何新波,李世瓊. 稀有金屬. 2008(02)
[9]我國新型輕質航空航天用高鈮鈦鋁合金將步入產業(yè)化[J]. 陳捷. 金屬世界. 2008(02)
[10]噴射成形鈦鋁合金的研究[J]. 劉星星,嚴彪,鄒洪流,司富明. 上海有色金屬. 2007(03)
博士論文
[1]電鋁熱還原鈦原料制備鈦基材料(TinO2n-1,TiAl-M)研究[D]. 李軍.上海大學 2018
[2]Al-C-Ti系粉末材料激光點火自蔓延燒結及產物的研究[D]. 李玉新.吉林大學 2008
碩士論文
[1]石墨烯/TiAl基合金關節(jié)軸承摩擦學特性研究[D]. 李文文.濟南大學 2018
[2]稀土元素La對粉末冶金TiAl合金組織和性能影響的研究[D]. 李陽.西南交通大學 2018
[3]熱等靜壓Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.2B合金高溫變形行為研究[D]. 鮑穎.哈爾濱理工大學 2017
[4]合金化對Ti-48Al-2Cr-2Nb合金顯微組織和力學性能的影響[D]. 趙俊才.湘潭大學 2015
本文編號：3502994
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