高Nb—TiAl合金凝胶注模成形的制备研究

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高Nb-TiAl合金粉的制备及其特性

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氧含量为
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采用等离子束熔炼工艺制备了名义成分为
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合金粉的表面和内部组织均卫枝状；内部组织存在四种成分偏析随着粒度变细偏析细化
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关键词
T iA l
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凝胶注模成形法制备多孔铝及其性能研究

凝胶注模成形法制备多孔铝及其性能研究首先，我们选择适量的铝粉和聚合物作为原料，将它们混合搅拌制备成凝胶。

然后将凝胶注入到模具中，并在一定的温度和湿度条件下进行固化和干燥，最终得到多孔铝样品。

接着我们对多孔铝样品进行了一系列的测试和分析，包括孔隙率、孔隙大小分布、力学性能等。

首先，我们对多孔铝样品的孔隙率进行了测试。

结果显示，通过调整凝胶的配方和制备工艺，可以得到不同孔隙率的多孔铝样品。

同时，我们还观察到多孔铝样品的孔隙大小分布较为均匀，孔隙间距适中，这有利于提高多孔铝的性能。

其次，我们对多孔铝样品的力学性能进行了测试。

结果显示，多孔铝样品具有较好的强度和韧性，其力学性能可以通过调整孔隙率和孔隙结构来优化。

在拉伸和压缩测试中，多孔铝样品表现出较好的机械性能，具有一定的应用潜力。

最后，我们对多孔铝样品进行了表面形貌和微观结构的观察。

通过扫描电子显微镜（SEM）观察，我们发现多孔铝样品表面光滑均匀，孔隙间有一定的连接性，有利于增加材料的强度和稳定性。

同时，透射电子显微镜（TEM）观察结果显示，多孔铝样品的孔隙大小和形状较为均匀，有助于提高材料的性能。

综上所述，本研究通过凝胶注模成形法成功制备了多孔铝材料，并对其性能进行了系统的研究。

结果显示，多孔铝样品具有良好的孔隙率、力学性能和微观结构，有望在一定领域展现出广阔的应用前景。

未来，我们将进一步优化材料制备工艺，探索多孔铝材料的更多应用领域，并不断提高其性能和稳定性。

Sn微合金化高Nb-TiAl合金性能及注射成形工艺研究

Sn微合金化高Nb-TiAl合金性能及注射成形工艺研究Sn微合金化高Nb-TiAl合金性能及注射成形工艺研究摘要：本文以高Nb-TiAl合金为基础，通过加入微量Sn元素来实现合金的微合金化，研究了其性能和注射成形工艺。

对合金进行了显微组织观察、机械性能测试、高温氧化试验和腐蚀试验，并进行了热力学分析，探究了Sn元素对合金机械性能和高温氧化行为的影响。

同时，针对其注射成形工艺的需求，设计了多道次构造式注射模具，并进行了填充性和成形性的研究，探索了最佳注射成形工艺。

研究表明，适量的Sn元素可以显著提高高Nb-TiAl合金的抗拉强度和延伸率，同时不影响其高温氧化和腐蚀行为。

注射成形工艺方面，通过优化多道次构造式注射模具的形状和温度，以及调整注射时间和压力等参数，实现了高Nb-TiAl合金的有效注射成形，并得到了良好的成形性能。

关键词：高Nb-TiAl合金；Sn微合金化；机械性能；高温氧化；腐蚀试验；注射成形工艺正文：1.引言高Nb-TiAl合金具有低密度、高比强和良好的高温性能等优点，是一种重要的高温结构材料。

然而，其低延伸率和脆性局限了其在实际应用中的发展。

因此，寻找一种有效的方法来改善其机械性能是当前研究的重点之一。

微合金化是指添加微量元素来改善材料性能的一种常用方法，可以通过微调晶界结构、晶粒尺寸和析出相等来实现。

此外，高Nb-TiAl合金的复杂形状限制了其制造方法，注射成形技术是一种具有前景的加工方法，可以适应复杂形状的制造及大规模量产需求。

现有的研究表明，Sn是一种有效的微合金元素，可以显著提高高温合金的机械性能和抗腐蚀性能。

因此，本研究旨在通过添加微量的Sn元素，实现高Nb-TiAl合金的微合金化，进一步改善其机械性能和高温氧化行为。

同时，针对高Nb-TiAl合金的特殊形状和制造需求，设计多道次构造式注射模具，研究最佳注射成形工艺。

2.实验方法2.1 样品制备高Nb-TiAl合金的化学成份为Ti-44.5Al-8Nb-0.1B (质量分数，以下均相同)，添加Sn元素的量分别为0.05wt%、0.1wt%、0.2wt%和0.5wt%。

高Nb_TiAl合金粉的制备及其特性

第27卷第5期2007年10月航空材料学报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o l 27,N o 5 O ctobe r 2007高Nb -T i A l 合金粉的制备及其特性王衍行1, 赵丽明2, 林均品1, 王艳丽1, 曲选辉2, 陈国良1(1北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京100083;2北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083)摘要:采用等离子束熔炼工艺制备了名义成分为T -i 45A -l 8 5N b -0 2W-0 2B-0 02Y (a t %)的大尺寸铸锭,经机加工后,采用无坩埚感应加热连续A r 气雾化工艺制备出合金粉,并研究了其特性。

结果表明,大尺寸高Nb -T i A l 合金铸锭为全片层组织,主要存在三种微观偏析: 相、硼化物和氧化钇。

高N b -T i A l 合金粉的粒度主要分布在100~200 m;氧含量随着合金粉的粒度变细而逐渐增大;氮含量不随合金粉粒度的变化而变化;另外,还存在极少量的碳。

高N b -T i A l 合金粉的相组成与粒度密切相关,-200目粉只存在 2相,随着粒度变粗, 相逐渐增多, 2相逐渐减少。

高N b -T i A l 合金粉的表面和内部组织均呈枝状;内部组织存在四种成分偏析,随着粒度变细,偏析细化。

关键词:T i A l 合金;粉末冶金;合金粉;特性中图分类号:TG146 2 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2007)05-0034-06收稿日期:2006-04-05;修订日期:2006-05-15基金项目:高等学校科技创新工程重大项目资助(704008)及新世纪优秀人才项目资助(NCET-04-01017)作者简介:王衍行(1975 ),男,博士研究生,(E-m a il)bj wan -gyh @126 co m 。

高Nb -T i A l 合金保持了T i A l 合金晶体结构简单、比重小和易于通过组织控制改善性能的优点,同时高含量难熔元素Nb 的加入提高了合金的熔点和有序温度,降低了扩散系数,改善了抗氧化性能,被视为最具有应用潜力的新一代高温结构材料之一[1~4]。

高Nb-TiAl合金的凝固组织与力学性能研究

高Nb-TiAl合金的凝固组织与力学性能研究孙红亮;孙才;黄泽文;朱德贵【摘要】The Effect of different aluminum content on solidification microstructure and mechanical properties of high Nb containing TiAl alloy was investigated.The results indicate that the grain size gradually increase with increasing of aluminum content and the peritectic reaction occurrs in local regions of TiAl alloy during solidification process twhen he aluminum addition is 45.7%,which increase grain size greatly.The content of aluminum can increase the room temperature strength,high temperature （700℃） strength but the peritectic reaction can reduce 200 MPa.The Aluminum content has a little effect on the ductility.The creep rupture life has positive correlation relationship with the content of aluminum.To control solidification microstructure and mechanical properties,the peritectic reaction in pentatomic TiAl-based alloy should be avoided and the aluminum content should be under 45.7%.%研究了Al含量变化对高Nb-TiAl合金的凝固组织与力学性能的影响.结果表明：随着Al含量的增加,TiAl合金晶粒尺寸呈增加趋势;当Al含量为45.7%时,凝固过程中局部区域发生包晶转变,使晶粒尺寸显著增大;室温及700℃高温拉伸强度随着Al含量的增加而呈增加的趋势,但发生包晶转变致使室温及700℃高温拉伸强度下降约200MPa;Al含量对延伸率不敏感,持久性能随Al含量的增加呈增加趋势.为控制铸锭凝固后的组织与力学性能,尽量避开包晶转变区,合金中Al含量应低于45.7%.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2012(020)001【总页数】5页(P53-57)【关键词】TiAl合金;包晶转变;Al含量;显微组织;力学性能【作者】孙红亮;孙才;黄泽文;朱德贵【作者单位】西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室,成都610031;西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室,成都610031;西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室,成都610031;西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室,成都610031【正文语种】中文【中图分类】TG113.12TiAl合金因其耐高温、比强度高、良好的抗蠕变及抗氧化性能等突出优势，被认为是具有良好发展潜力的高温结构材料［1-2］.研究和发展高钨铌(W+Nb〉5%，原子百分比，下同)低铝(Al＜45%)的多元TiAl合金是目前国内外TiAl合金发展一个重要方向.钨和铌是难熔重金属元素，由于扩散缓慢，在TiAl合金的a2和g层片组织中充分固溶，能有效强化这些组织，从而保证组织的高温强度和持久稳定能力.这种极高的强度和高温稳定性使这类TiAl合金在航空发动机，汽车发动机和其它陆地和海洋用燃气轮机中有很好的应用前景［3-7］.TiAl合金的性能与它的晶粒结构息息相关，因此，控制凝固组织最终晶粒尺寸和形貌，以及铸造产品质量方面是至关重要.但是TiAl合金中添加不同的合金元素后，容易发生包晶反应，导致合金的组织和性能变差.因此对于含有钨的高铌多元TiAl合金如何控制Al含量避免包晶反应，以制备晶粒细小、均匀、无有害偏聚相的含钨铌TiAl合金是一个需要深入研究的问题.本文开展了不同Al含量的五元TiAl合金(Ti-Al-Nb-W-B)的凝固组织和力学性能的研究.实验所用材料由英国伯明翰大学提供，经二次真空电弧重熔，然后利用冷壁坩埚磁悬浮熔炼炉在保护性气氛中制成Φ20mm的铸锭.随后进行热等静压处理，(热等静压制度:氩气保护，1260℃，150Mpa，4h)，其名义成分如表1所示.采用圆柱状拉伸和持久试样，测试部分尺寸为Φ3.99mm×23mm.室温和高温拉伸实验在WDW3100微机控制电子万能试验机上进行，应变速率为0.7×10-4/s，高温拉伸温度为700℃.得到应力应变曲线，从应力应变曲线上求出最大抗拉强度(UTS)，断裂时的塑性延伸率(El%).在RDW5050型电子式蠕变持久试验机，进行温度为700℃的持久实验.其中持久应力分别取三个样品在700℃时抗拉强度的85%.微观组织的观察在FEI公司的Quanta200 ESEM环境扫描电子显微镜上用背散射电子成像进行，加速电压为20kV.图1为3种不同Al含量TiAl合金的背散射SEM图像.其微观形貌为典型的近片层(near lamellar)组织，由大量黑白相间的α2和γ片层组成的层片团晶粒，在片团晶界处分布着白色块状的(B2+ω)相和呈黑色的等轴γ相，此外分布在晶界上的白色带状以及在晶内呈白色点状分布的是硼化物.利用定量金相分析软件对显微组织进行分析，多次计算并取平均值，结果如表2所示.可以看出随着Al含量增加，晶粒的尺寸有增加趋势，当铝含量达到45.7%，晶粒尺寸突然增大到133.46μm，增大了113%以上.板条厚度和(B2+ ω)相的数量变化不是很大，基本保持稳定.同时在Al含量达到45.7%时，在其显微组织中出现了很多特别粗大的(α2+γ)片层晶粒(如图1(c)中箭头1所示)，在该晶粒中，α2与γ板条之间取向一致，晶界非常曲折.室温拉伸及高温拉伸试验结果如图2所示.可以看出，在铝含量小于44.4%(如图2中1#、2#所示)时，合金的室温抗拉强度约700MPa左右，700℃高温抗拉强度略低达到约670 MPa左右，塑性延伸率都在1%以下.合金Al含量变化对室温、700℃高温拉伸强度及塑性延伸率影响不大.但是当合金Al含量达到45.7%(如图2中3#所示)后，合金的无论室温还是700℃高温抗拉强度都有大幅度的下降，下降了约200MPa，而塑性延伸率略有上升.对不同Al含量的合金进行持久性能测试，结果如图3所示.随着Al含量的增加，合金的持久寿命呈增加趋势.合金中随Al含量的增加，晶粒呈增加趋势，特别是Al 含量达到45.7%后，晶粒尺寸明显粗大，晶界作为一种缺陷组态存在显微组织中，对高温力学性能产生重要影响，晶界滑动及晶界原子扩散而产生空洞，空洞长大并连接形成裂纹，近而导致断裂.晶粒尺寸增加，持久寿命增加.关于二元TiAl合金液-固相变规律的研究，国内外的工作已经进行得比较成熟，通过对二元Ti-Al典型合金的平衡凝固分析，已经建立起了完整的Ti-Al二元合金相图，揭示了有关的关键成分点［8-10］.根据二元Ti-Al合金中间部分的相图(如图4所示)分析可知，Al含量在(44.8～49.4)at.%之间的二元Ti-Al合金的液-固相变的基本理论来看，TiAl合金在凝固时存在着两种不同的初次晶析出路径:L→β和L→α，随着Al含量的进一步增加，同时还存在着两个连续的包晶转变:L+β→αp和L+α→γp.在二元Ti-Al合金的平衡相图中，这些关键成分点均已明确测定出来.不同的Al含量的TiAl合金随着温度的降低，将会遵循不同的结晶路径.从TiAl合金相图来分析，要确保TiAl合金的液-固相变时形成细晶凝固，就要确保初次晶析出沿着L→β路径发展，防止其因富Al而进入L+β→αp的包晶转变成分区.要保证充分获得初次结晶相是β相的基本原理是:β晶粒与随后固态相变形成的α晶粒存在着{0001}α//{110}β，＜112 -0〉α//＜111〉β的位向关系，固态α晶粒可以在固态β相的6个可能的{110}晶面上(忽略180°的差别)都形核生长［11，12］，从而形成较细小的α晶粒，并在伴随其后的α→α2+γ共析相变作用下，获得较细化的α2+γ层片晶团.为什么一定要在结晶时候避免出现L+β→αp包晶晶粒生成呢?因为包晶晶粒直接从液相中生成，尺寸往往很粗大，其内部由于包含初始形核的β相，β相固/液界面向液相推进，且使界面前沿的液相中Al含量升高，发生包晶L+β→α转变形成α相，随着α相的不断增加，β相及液相在不断的减少，由此造成的偏聚变得严重，α相则通过共析转变形成α2+γ层片状结构.Ding X.F.等研究者在对高铌TiAl合金凝固组织的研究中发现存在包晶转变，如图5所示为凝固过程中Ti-45Al-8Nb包晶转变形成的典型显微组织［13］.若在L+β→α转变过程中有未转变完的β相，将被包围在α内，将在后续固态相变过程中沿β→α→α2+γ转变为片层组织，但其位向将不同于包围它的片层组织，近似成120°角，如图1(c)中箭头2所示.由此粗大包晶αp晶粒通过固态相变生成一个α2+γ层片晶团，如图1(c)所示.如图2所示，当合金Al含量达到45.7%(如图2中3#所示)后，合金无论室温还是700℃高温抗拉强度都有大幅度的下降.这就是因为合金Al含量达到45.7%后，导致了合金中发生大量的包晶反应，形成大量的如图1(c)的尺寸很大的α2 +γ层片晶团，导致材料的力学性能有大幅度的下降.在TiAl合金中加入W-Nb-B形成Ti-Al -Nb-W-B合金体系后，二元TiAl合金相图中所有这些关键成分点均会发生变化.尤其对于含有高钨铌的多元TiAl合金相比单纯含高铌的多元TiAl合金更难实现均衡的细晶凝固.TiAl合金的细晶凝固的质量控制因所加入的难熔合金的数量和种类的不同而差异很大.钨是高熔点重金属元素，又是强的β相稳定元素［14-16］.添加钨比添加其他合金元素(如铌、铬、锰等)更容易引起合金在凝固时的成分偏聚，枝晶偏聚，更多地在局部范围改变了TiAl合金的固有凝固规律:如初次晶析出L→β和L→α的临界成分点，发生包晶转变L+β→αp和L+α→γp的临界成分点等.因此对于一个五元合金体系，建立这样的相图是一件很复杂的工作，对于具有特定工业价值的某些多元合金，除了借鉴相对应的三元合金相图之外，更有意义的工作是确定其与相图有关的一些关键成分-温度-相变点，用来指导其相应的在科学和技术层面上的发展.本文目的是探索该五元TiAl合金的初次晶L→β和L→α析出和包晶转变:L+β→αp和L+α→γp的关键成分点，以达到确保初次结晶相是β相，同时又避免L+β→αp包晶反应的目的.对于合金元素是Ti-?Al-5Nb-0.9W-1B的合金来说，合金中Al含量低于44.4%时，虽然含有重合金元素钨和铌，但是没有发现大量的包晶反应和包晶组织，同时随着Al含量的增加，合金的性能有一定的增强.但是当Al含量大于45.7%时，凝固过程发生大量的包晶转变，得到晶团尺寸粗大，对应的力学能显著恶化.其它合金元素不变前提下，为控制铸锭凝固过程与力学性能，合金中Al含量应低于45.7%.1.五元TiAl合金(Ti-?Al-5Nb-0.9W-1B)，当Al含量低于44.4%时，随着Al含量的增加，晶粒尺寸呈增加的趋势，室温及高温拉伸强度稍有增加，塑性对Al含量变化不敏感.当Al含量为45.7%时，合金凝固过程中部分区域发生包晶转变，得到的晶粒十分粗大，使其室温及700℃高温抗拉强度下降约200Mpa，但其对应的持久寿命呈增加趋势.2.针对特定成分的五元TiAl合金(Ti-?Al -5Nb-0.9W-1B)，为控制铸锭凝固后的微观组织与力学性能，尽量避开包晶转变区，合金中Al含量应低于45.7%.【相关文献】［1］ Appel F，Oehring M，Wagner R.Novel design concepts for 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一种高致密TiAlNb粉末合金近净成形工艺[发明专利]

专利名称：一种高致密TiAlNb粉末合金近净成形工艺
专利类型：发明专利
发明人：左振博,赵霄昊,韩志宇,王庆相,梁书锦,张平祥,闫飞,相敏,王琦,莫茗焜
申请号：CN201610219827.0
申请日：20160411
公开号：CN105665729A
公开日：
20160615
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种高致密TiAlNb粉末合金近净成形工艺，包括以下步骤：1）按照TiAlNb基合金的成分为配料，熔炼成TiAlNb合金棒；2）将精车后的合金棒装入等离子旋转电极制粉设备中，在惰性气体保护条件下将TiAlNb合金棒制成TiAlNb球形粉末；3）将制得的TiAlNb球形粉末装入不锈钢或低碳钢包套中；4）对装入TiAlNb球形粉末并振实的包套进行除气；5）对除气的包套进行热等静压成型；该方法制得的TiAlNb粉末合金具有各向同性的特点，致密度化程度高，组织、成分均匀，力学性能优异，并能实现大尺寸和复杂形状的TiAlNb合金部件。

申请人：西安欧中材料科技有限公司
地址：710018 陕西省西安市经济技术开发区凤城二路45号
国籍：CN
代理机构：西安西达专利代理有限责任公司
代理人：第五思军
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凝胶注模成型制备多孔NiTi合金工艺研究

凝胶注模成型制备多孔NiTi合金工艺研究望军【摘要】In this paper,hydroxyethyl methacrylate is taken as a monomer,and oleic acid as a dispersant.Porous NiTi shape memory alloy is prepared by a gel-casting method,then it is sintered at 1050℃in vacuum for 6h to get porous NiTi shape memory alloy.The results show that slurry fluidity decreases with the increase of solid con-tent.Fluidity has been unable to meet the requirements of molding when the solid content is 43%.The slurry fluid-ity is improved and can meet the requirement of gel-casting when the slurry added 1%oleic acid and is treated by ball milling for 40min.The sinter has good grains.In addition to the NiTi phase,there are a few impurity phases such as Ni3Ti and Ni2Ti in the sinter.%以甲基丙烯酸羟乙酯为单体、油酸为分散剂,采用凝胶注模成型工艺制备NiTi形状记忆合金生坯,经1050℃下真空保温6 h获得多孔NiTi形状记忆合金.研究发现,随着固相含量的增加,浆料黏度上升,当固相含量为43%时其流动性已无法满足注模的需求;当固相含量为43%的浆料加入质量分数为1%的油酸分散剂并经过40 min的球磨处理后,其流动性得到了改善并能够满足注模需求;烧结体晶粒发育良好,合金中除了NiTi 相外还有少量的Ni3Ti和Ni2Ti等杂质相.【期刊名称】《重庆科技学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(020)001【总页数】4页(P121-124)【关键词】粉末冶金;固相含量;黏度;球磨;相【作者】望军【作者单位】重庆科技学院冶金与材料工程学院,重庆401331【正文语种】中文【中图分类】TG139多孔NiTi形状记忆合金具有独特的形状记忆功能[1-2]，优良的力学性能[3-4]与重量组合的优势，因而其在生物[5-6]、航空航天[7-8]等领域有着广泛的应用。

一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法

（19）中华人民共和国国家知识产权局（12）发明专利申请（10）申请公布号CN103469135A（43）申请公布日 2013.12.25（21）申请号CN201310414717.6（22）申请日2013.09.12（71）申请人航天材料及工艺研究所;中国运载火箭技术研究院地址100076 北京市丰台区南大红门路1号（72）发明人郎泽保;王亮;芦振刚;王锋;史金靓（74）专利代理机构中国航天科技专利中心代理人安丽（51）Int.CI权利要求说明书说明书幅图（54）发明名称一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法（57）摘要本发明涉及一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法，制备的高铌TiAl系金属间化合物可替代镍基高温合金等材料用于制造航空航天领域的先进飞行器的耐热结构部件，可获得50％左右的轻质化效果，属于航空航天耐热材料技术领域。

本发明的制备的高铌TiAl系金属间化合物的力学性能σb≮800MPa，δ5≮1.0％，在1100℃下，其力学性能：σb≮70MPa，δ5≮8.0％；通过此工艺制备的高铌TiAl系金属间化合物的内部质量达到GJB1580A的A级水平；通过此工艺制备的高铌TiAl系金属间化合物的致密度超过理论密度的99％。

法律状态法律状态公告日法律状态信息法律状态2013-12-25公开公开2014-01-22实质审查的生效实质审查的生效2015-05-27授权授权权利要求说明书一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法的权利要求说明书内容是....请下载后查看说明书一种高铌TiAl系金属间化合物的制备方法的说明书内容是....请下载后查看。