采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法

摘要

本发明公开了一种采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法，步骤如下：称取金属Ti与金属Al，混合；将混合好的金属Ti与Al分别压制成2.2～4.0公斤的电极；将两个电极焊接成熔炼电极；焊接的TiAl电极在10kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼出直径80mm的TiAl一次锭；将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每6个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；将焊接的TiAl二次电极在150kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼出直径120mm的TiAl二次锭。称取的金属Ti与金属Al中，Ti的重量百分比含量为50～87.5%，Al的重量百分比含量为12.5～50%。与现有技术相比，本发明工艺简单，成本低，可制得无明显气孔、偏析等缺陷，组织大小均匀的TiAl合金靶材。

权利要求

1.一种采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：（a）、称料：称取海绵态金属Ti与块体金属Al，混合；

（b）、压制电极：将步骤（a）中混合好的金属Ti与Al压制成电极，每个电极控制在

2.2～4.0公斤，其中Ti与Al混合均匀布料；

（c）、焊接电极：将步骤（b）中压制好的两个电极焊接成熔炼电极；

（d）、真空自耗熔炼一次锭：将步骤（c）中焊接的TiAl电极在10kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，采用直径为80mm的铜坩埚，熔炼出直径80mm的TiAl一次锭；

（e）、焊接二次熔炼电极：将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每6个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；

（f）、真空自耗熔炼二次锭：将焊接的TiAl二次电极在150kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，采用直径为120mm的铜坩埚，熔炼出直径120mm的TiAl二次锭。

2.根据权利要求1所述的采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法，其特征在于，步骤（a）中，所述称取的海绵态金属Ti与块体金属Al中，Ti的重量百分比含量为50～87.5%，Al的重量百分比含量为12.5～50%。

3.根据权利要求1所述的采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法，其特征在于，步骤（c）中，所述焊接是采用钨极氩弧焊焊接的。

4.根据权利要求1所述的采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法，其特征在于，步-1骤（d）中，所述一次锭熔炼的电流为1.5～2.0kA,工作真空度为1.0×10E Pa。

5.根据权利要求1所述的采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法，其特征在于，步-1骤（f）中，所述二次锭熔炼的电流为3.0～3.6kA,工作真空度为1.0×10E Pa。

说明书

采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种金属间化合物合金靶材的制备方法，具体是一种采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法。

背景技术

[0002] 磁控溅射镀膜是一种新型的物理气相镀膜方式，较之较早点的蒸发镀膜方式，其很多方面的优势相当明显。作为一项已经发展的较为成熟的技术，磁控溅射已经被应用于许多领域。磁控溅射镀膜靶材分为金属溅射镀膜靶材，合金溅射镀膜靶材，陶瓷溅射镀膜靶材，硼化物陶瓷溅射靶材，碳化物陶瓷溅射靶材，氟化物陶瓷溅射靶材，氮化物陶瓷溅射靶材，氧化物陶瓷靶材等。Ti-Al合金靶材是多弧离子镀（Ti，Al）N薄膜的核心材料，要求其成分均匀，纯洁度高、致密。（Ti，Al）N薄膜较TiN薄膜具有更好的附着性，硬度HRC>70，韧性好，使用温度比TiN膜约高200℃，使刀具寿命提高5-6倍，因此这种薄膜在刃具镀膜行业具有广阔的应用前景。目前国外广泛应用在汽车内燃机、精密器件的加工工业上的钻头、铣刀、车刀等刃具上，其加工精度高，延长自动生产线上使用时间，提高效率。目前对TiAl靶材的杂质成分控制在C<0.03%，O<0.5%，H<0.03%。TiAl合金靶材主要用于多弧离子镀膜。由于该合金各成分组元熔点差别大，熔炼反应热高等特点，使得该合金在制备过程中存在明显的气孔，偏析等缺陷，同时也容易产生裂纹等严重质量问题。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，针对TiAl合金的特征，提供一种采用真空自耗电弧炉熔炼用于刃具镀膜行业的TiAl合金的方法。该方法制备得到的TiAl合金无明显气孔、偏析等缺陷，组织大小均匀。

[0004] 本发的目的是通过以下技术方案实现的：

[0005] 本发明涉及一种采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法，包括以下步骤：

[0006] （a）、称料：称取海绵态金属Ti与块体金属Al，混合；

[0007] （b）、压制电极：将步骤（a）中混合好的金属Ti与Al压制成电极，每个电极控制在2.2～4.0公斤，其中Ti与Al混合均匀布料；

[0008] （c）、焊接电极：将步骤（b）中压制好的两个电极焊接成熔炼电极；

[0009] （d）、真空自耗熔炼一次锭：将步骤（c）中焊接的TiAl电极在10kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，采用直径为80mm的铜坩埚，熔炼出直径80mm的TiAl一次锭；

[0010] （e）、焊接二次熔炼电极：将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每6个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；

[0011] （f）、真空自耗熔炼二次锭：将焊接的TiAl二次电极在150kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，采用直径为120mm的铜坩埚，熔炼出直径120mm的TiAl二次锭。

[0012] 优选的，步骤（a）中，所述称取的金属Ti与Al中， Ti的重量百分比含量为50～87.5%，Al的重量百分比含量为12.5～50%。

[0013] 优选的，步骤（c）中，所述焊接是采用钨极氩弧焊焊接的。

[0014] 优选的，步骤（d）中，所述一次锭熔炼的电流为1.5～2.0kA,工作真空度为-11.0×10E Pa。

[0015] 优选的，步骤（f）中，所述二次锭熔炼的电流为3.0～3.6kA,工作真空度为-11.0×10E Pa。

[0016] 与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：本发明工艺简单，成本低廉，采用本发明的方法可制得无明显气孔、偏析等缺陷，组织大小均匀的TiAl合金靶材。 附图说明

[0017] 图1为实施例3的TiAl合金二次锭的示意图；

[0018] 图2为实施例3的TiAl合金二次锭的微观组织照片图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0020] 实施例1

[0021] 采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金，具体步骤如下：

[0022] （a）、称料：将金属Ti与金属Al按照质量比Ti 87.5%，Al 12.5%的比例称取、混合；

[0023] （b）、压制电极：将按比例称取混合的金属Ti与Al压制成电极，每个电极控制在2.2公斤；

[0024] （c）、焊接电极：将每两个压制好的电极采用钨极氩弧焊焊接成熔炼电极；

[0025] （d）、真空自耗熔炼一次锭：将焊接的TiAl电极在10kg真空自耗电弧熔炼炉进-1行熔炼，电流2.0kA,工作真空度为1.0×10E Pa，采用直径为80mm的铜坩埚，熔炼出直径
80mm的TiAl一次锭；

[0026] （e）、焊接二次熔炼电极：将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每6个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；

[0027] （f）、真空自耗熔炼二次锭：将焊接的TiAl二次电极在150kg真空自耗电弧熔炼炉-1进行熔炼，电流3.6kA,工作真空度为1.0×10E Pa，采用直径为120mm的铜坩埚，熔炼出直径120mm的TiAl二次锭。

[0028] 实施例2

[0029] 采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金，具体步骤如下：

[0030] （a）、称料：将金属Ti与金属Al按照质量比Ti 75%，Al 25%的比例称取、混合；

[0031] （b）、压制电极：将按比例称取混合好的金属Ti与Al压制成电极，每个电极控制在4.0公斤；

[0032] （c）、焊接电极：将每两个压制好的电极采用钨极氩弧焊焊接成熔炼电极；

[0033] （d）、真空自耗熔炼一次锭：将焊接的TiAl电极在10kg真空自耗电弧熔炼炉进-1行熔炼，电流1.8kA,工作真空度为1.0×10E Pa，采用直径为80mm的铜坩埚，熔炼出直径
80mm的TiAl一次锭；

[0034] （e）、焊接二次熔炼电极：将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每6个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；

[0035] （f）、真空自耗熔炼二次锭：将焊接的TiAl二次电极在150kg真空自耗电弧熔炼炉-1进行熔炼，电流3.5kA,工作真空度为1.0×10E Pa，采用直径为120mm的铜坩埚，熔炼出直径120mm的TiAl二次锭。

[0036] 实施例3

[0037] 采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金，具体步骤如下：

[0038] （a）、称料：将金属Ti与金属Al按照质量比Ti 64%，Al 36%的比例称取、混合；

[0039] （b）、压制电极：将按比例称取混合好的金属Ti与Al压制成电极，每个电极控制在2.8公斤；

[0040] （c）、焊接电极：将每两个压制好的电极采用钨极氩弧焊焊接成熔炼电极；

[0041] （d）、焊接二次熔炼电极：将焊接的TiAl电极在10kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔-1炼，电流1.5kA,工作真空度为1.0×10E Pa，采用直径为80mm的铜坩埚，熔炼出直径80mm的TiAl一次锭；

[0042] （e）、真空自耗熔炼二次锭：将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每6个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；

[0043] （f）、真空自耗熔炼二次锭：将焊接的TiAl二次电极在150kg真空自耗电弧熔炼炉-1进行熔炼，电流3.4kA,工作真空度为1.0×10E Pa，采用直径为120mm的铜坩埚，熔炼出直径120mm的TiAl二次锭。

[0044] 实施例4

[0045] 采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金，具体步骤如下：

[0046] （a）、称料：将金属Ti与金属Al按照质量比Ti 50%，Al 50%的比例称取、混合；

[0047] （b）、压制电极：将按比例称取混合好的金属Ti与Al压制成电极，每个电极控制在3.4公斤；

[0048] （c）、焊接电极：将每两个压制好的电极采用钨极氩弧焊焊接成熔炼电极；

[0049] （d）、真空自耗熔炼一次锭：将焊接的TiAl电极在10kg真空自耗电弧熔炼炉进-1行熔炼，电流1.5kA,工作真空度为1.0×10E Pa，采用直径为80mm的铜坩埚，熔炼出直径
80mm的TiAl一次锭；

[0050] （e）、焊接二次熔炼电极：将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每6个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；

[0051] （f）、真空自耗熔炼二次锭：将焊接的TiAl二次电极在150kg真空自耗电弧熔炼炉-1进行熔炼，电流3.0 kA,工作真空度为1.0×10E Pa，采用直径为120mm的铜坩埚，熔炼出直径120mm的TiAl二次锭。

[0052] 本发明工艺采用传统的真空自耗熔炼的方法，制备工艺简单，可通过简单的置换水冷坩埚来得到不同尺寸的合金铸锭，无需特别的熔炼装置；成本低廉，采用的原料直接为海绵钛和铝块，原料成本低廉，熔炼能耗低；采用本发明的方法可制得无明显气孔、偏析等缺陷，组织大小均匀的TiAl合金靶材铸锭。实施例1～4制得的TiAl合金二次锭铸锭表面均没有明显的气孔等缺陷，图1所示为实施例3的直径为120mm的TiAl合金二次锭的铸锭照片，可以看到铸锭表面没有明显的气孔等缺陷。图2所示为实施例3的TiAl二次锭的微观组织照片，组织大小均匀，未见偏析，晶粒大小不均等缺陷。