CN109402426A - 一种细晶第三元催化真空熔炼TiAl靶材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种细晶第三元催化真空熔炼TiAl靶材的制备方法，海绵钛Ti和金属铝Al同时放置在坩埚之中，通过真空熔炼，熔融成TiAL合金液体；将金属铌Nb添加到熔融的TiAL合金液体之中，熔化3‑5分钟；将熔融成的TiAL合金液体，再浇注到模具当中，形成TiAL铸锭；通过添加第三元形核催化剂金属铌‑Nb，使得熔融TiAl合金在结晶、凝固、成型过程中，通过第三元的诱发，增加形核的数量，大幅度的细化晶粒，降低TixAly同相聚集时产生的界面应力；同时第三元的存在可增强多种TixAly晶粒界面的浸润性，可有效抑制晶粒长大，抑制偏析也就可制备出大尺寸锭子，大大改善传统真空熔炼的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于TiAl靶材制备技术领域，具体涉及一种细晶第三元催化真空熔炼TiAl靶材的制备方法。
背景技术
TiAl合金靶材在真空镀膜领域的使用已经有十数年，到目前为止，基本就是粉末冶金工艺和真空熔炼工艺平分秋色。但是粉末冶金工艺属于物理混合性质的合金，使得其应用领域基本限制于工具镀膜领域，而真空熔炼工艺的特点是完全金属化的TiAl合金，具有耐高温、耐磨、镀膜过程中着色均匀、色差小、界面结合强度大等优点，在装饰镀、耐磨耐高温涂层领域有着广泛的使用，特别是德国、日本等材料技术发达的国家，坚决要求使用熔炼工艺的TiAl靶材。
但是目前的熔炼工艺，因为TiAl合金的特性，合金化过程中会形成多种TixAly的多元相，这些多元相的晶体结构不同，导致合金在凝固成型的过程中会存在富集偏析，晶粒粗大。最重要的是在制备大尺寸的规格时，由于冷却速度的降低，会形成天然的裂纹，导致成型的失败或者材料潜在的缺陷。
因此传统工艺的真空熔炼TiAL靶材在高端领域因为晶粒粗大，得不到广泛的应用，对于一些大型镀膜机，用到大规格的TiAl靶材，传统真空熔炼的工艺就根本无能为力。传统的真空熔炼工艺目前只能做到直径120mm以内，长度500mm左右。
为了解决以上问题我方研发出了一种细晶第三元催化真空熔炼TiAl靶材的制备方法。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种细晶第三元催化真空熔炼TiAl靶材的制备方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种细晶第三元催化真空熔炼TiAl靶材的制备方法，包括步骤：
S1，海绵钛Ti和金属铝Al同时放置在坩埚之中，通过真空熔炼，熔融成TiAL合金液体；
S11，将金属铌Nb添加到熔融的TiAL合金液体之中，充分熔化3-5分钟；
S2，将熔融成的TiAL合金液体，再浇注到模具当中，形成TiAL铸锭。
通过添加第三元形核催化剂金属铌-Nb，使得熔融TiAl合金在结晶、凝固、成型的过程中，通过第三元的诱发，可以增加形核的数量，从而可以大幅度的细化晶粒，降低TixAly同相聚集时产生的界面应力；同时第三元的存在可以增强多种TixAly晶粒界面的浸润性，可以有效抑制晶粒长大，抑制偏析也就可以制备出大尺寸的锭子，大大改善传统真空熔炼的缺陷。
具体地，在步骤S11中，金属铌Nb的添加量为熔融成的TiAL合金液体质量的0.5％-0.8％。
将金属铌Nb的添加量控制在0.5％-0.8％之间，少于这个范围则起不到增加形核的数量，大幅度的细化晶粒的作用，多则没有好处。
本发明的有益效果在于：
1、通过第三元形核催化剂金属铌-Nb的添加，可以使熔融TiAL合金在凝固过程中大量形核，有效抑制晶粒长大；
2、通过第三元形核催化剂金属铌-Nb的添加，可以使多种TixAly多元相晶粒之间的浸润性增强，有效的抑制偏析和枝状晶的形成；
3、第三元催化通过增加多种TixAly多元相晶粒之间的浸润性，可以有效的防止大规格的锭子在凝固时产生的内应力，从而防止TiAl合金材料内部的裂纹。
4、本发明“细晶第三元催化真空熔炼TiAl靶材的制备方法”得到的TiAL合金制备成的靶材，可以满足大型设备对TiAl靶材的需求，特别是填补这个直径规格的真空熔炼TiAl靶材市场的空白，有着很好的前景。
附图说明
图1为传统工艺产品的金相图；
图2为本发明中工艺产品的金相图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示：传统熔炼方式最大直径只能做到120mm的锭子，锭子长度在100mm左右；传统工艺因为多种TixAly多元相的存在，形成的基本是枝状晶，晶粒尺寸可以达到500um以上。
如图2所示：本发明工艺可以做到直径160mm的锭子，锭子长度为600mm，基本趋于等轴晶，平均晶粒可以控制在100um左右，而且能制备出大规格的锭子。
一种细晶第三元催化真空熔炼TiAl靶材的制备方法，包括步骤：
S1，海绵钛Ti和金属铝Al同时放置在坩埚之中，通过真空熔炼，熔融成TiAL合金液体；
S11，将金属铌Nb添加到熔融的TiAL合金液体之中，充分熔化3-5分钟；
S2，将熔融成的TiAL合金液体，再浇注到模具当中，形成TiAL铸锭。通过添加第三元形核催化剂金属铌-Nb，使得熔融TiAl合金在结晶、凝固、成型的过程中，通过第三元的诱发，可以增加形核的数量，从而可以大幅度的细化晶粒，降低TixAly同相聚集时产生的界面应力；同时第三元的存在可以增强多种TixAly晶粒界面的浸润性，可以有效抑制晶粒长大，抑制偏析也就可以制备出大尺寸的锭子，大大改善传统真空熔炼的缺陷。
在步骤S11中，金属铌Nb的添加量为熔融成的TiAL合金液体质量的0.5％-0.8％。
将金属铌Nb的添加量控制在0.5％-0.8％之间，少于这个范围则起不到增加形核的数量，大幅度的细化晶粒的作用，多则没有好处。
细晶TiAl靶材可以在高端镀膜领域获得长足的发展，更可以在日趋发展的大型镀膜机上得到应用。
本发明得到的TiAL合金制备成的靶材，可以使用到高端领域，特别是耐高温、耐磨膜层领域、高端的装饰镀领域、高温涡轮增压叶片等领域产生巨大的经济效益。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。
Claims (2)
1.一种细晶第三元催化真空熔炼TiAl靶材的制备方法，包括步骤：
S1，海绵钛Ti和金属铝Al同时放置在坩埚之中，通过真空熔炼，熔融成TiAL合金液体；
S2，将熔融成的TiAL合金液体，再浇注到模具当中，形成TiAL铸锭；
其特征在于，在步骤S1和S2之间还包括以下步骤：
S11，将金属铌Nb添加到熔融的TiAL合金液体之中，充分熔化3-5分钟。
2.根据权利要求1所述的一种细晶第三元催化真空熔炼TiAl靶材的制备方法，其特征在于，在步骤S11中，金属铌Nb的添加量为熔融成的TiAL合金液体质量的0.5％-0.8％。
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