高Nb-TiAl合金粉末制备及应用性能研究

李晓庚，葛文杰

（内蒙古旭阳新材料股份有限公司，内蒙古 通辽 029200）

摘 要：为了解决高质量微细球形高Nb-TiAl合金粉末无法批量制备的问题，对高Nb-TAl合金粉末制备及应用性能进行了研究。首先，在分析高Nb-TiAl合全粉末制备工艺发展态势的基础上，选定了实验材料与设备，设计了实验过程与步骤，在制备方面，采用了粉末冶金工艺来制备合金样品，同时利用等离子旋转电极技术来制备Ti-48Al-2Cr-8Nb合金粉末。然后通过实验法验证了粉末颗粒的细化、成分均匀化及球形化效果。结果表明，在烧结过程中，通过分析合金粉末特性、优化烧结温度，得出组织成分均匀、晶粒细小的高Nb-TiAl合全材料，证明该材料具有较高的致密度、抗弯强度，表现出良好的应用前景。

关键词：材料制造；合金制备；粉末制备；化学试剂；高Nb-TiAl合金

0 引言

高Nb-TiAl合金作为新一代最具应用潜力的轻质高温合金，因其密度低、高温强度好、抗氧化性能和抗蠕变性能优异，在航空航天、汽车、国防等高科技领域展现出了广阔的应用前景。然而，高Nb-TiAl合金粉末的制备工艺一直是制约其大规模应用的关键因素之一。传统的合金粉末制备工艺难以实现高质量微细球形高Nb-TiAl合金粉末的批量制备，极大地限制了高Nb-TiAl合金的应用范围。通过高能球磨-射频等离子体球化等先进工艺，可以实现对粉末颗粒的细化、成分均匀化及球形化，从而制备出高质量的高Nb一TiAl合金粉末。本研究旨在深入探索基于TiH，的高Nb-TiAl合金粉末制备技术，并研究其应用性能。通过优化高能球磨-热处理工艺参数，研究粉末脱氢、合金化行为的热力学分析，以及颗粒间聚集长大规律及其抑制机制，利用射频等离子体球化技术，研究不规则合金微粉在电磁-热-流耦合作用下的运动规律、颗粒温度及液相比例的演变规律非平衡相变机理，揭示不规则合金微粉的形成机理及控制机制，通过实际应用性能测试，评估所制备的高Nb-TiAl合金粉末在航空航天、汽车等领域的应用潜力。

1 高Nb-TiAl合金及粉末制备工艺分析

TiAl合金属于比较先进的高温结构材料，主要被应用在航空航天领域与汽车工业领域。相较于纯钛物质，TiAl合金的密度在3.85~4.20g/cm2之间，质地较轻，只有镍基高温合金的50%，具有比强度高、耐磨性好、抗燃烧性强以及抗氧化性优等优势。在TiAl合金应用中，为了进一步提高其高温性能，国内外研究人士展开了一系列的探索，由此衍生了高Nb-TiAl合金材料。相较于原本的TiAl合金材料，Nb-TiAl合金中的A1成分明显减少，而Nb成分明显增加，这就提高了合金室温及高温强度，特别是在很大程度上增强了合金的抗氧化性，由此将高Nb-TiAl合金的使用温度提升到了>900℃，成为轻质耐高温的结构材料。高Nb-TiAl合金材料继承了传统TiAl合金材料的很多有点，例如，晶体结构简单、密度小以及容易利用组织控制来优化性能等。此外还添加了Nb元素，如此，无论是合金熔点，还是有序温度，都大幅提高，同时合金的扩散系数明显降低，实现了抗氧化性能的有效改善。

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