專利名稱：采用真空自耗電弧爐熔煉TiAl合金的方法
技術領域：
本發明涉及的是一種金屬間化合物合金靶材的制備方法，具體是一種采用真空自耗電弧爐熔煉TiAl合金的方法。
背景技術：
磁控濺射鍍膜是一種新型的物理氣相鍍膜方式，較之較早點的蒸發鍍膜方式，其很多方面的優勢相當明顯。作為一項已經發展的較為成熟的技術，磁控濺射已經被應用于許多領域。磁控濺射鍍膜靶材分為金屬濺射鍍膜靶材，合金濺射鍍膜靶材，陶瓷濺射鍍膜靶材，硼化物陶瓷濺射靶材，碳化物陶瓷濺射靶材，氟化物陶瓷濺射靶材，氮化物陶瓷濺射靶材，氧化物陶瓷靶材等。Ti-Al合金靶材是多弧離子鍍(Ti，Al) N薄膜的核心材料，要求其成分均勻，純潔度高、致密。(Ti，Al)N薄膜較TiN薄膜具有更好的附著性，硬度HRC>70，韌性好，使用溫度比TiN膜約高200°C，使刀具壽命提高5-6倍，因此這種薄膜在刃具鍍膜行業具有廣闊的應用前景。目前國外廣泛應用在汽車內燃機、精密器件的加工工業上的鉆頭、銑刀、車刀等刃具上，其加工精度高，延長自動生產線上使用時間，提高效率。目前對TiAl靶材的雜質成分控制在C<0. 03%, 0<0. 5%，H<0. 03%。TiAl合金靶材主要用于多弧離子鍍膜。 由于該合金各成分組元熔點差別大，熔煉反應熱高等特點，使得該合金在制備過程中存在明顯的氣孔，偏析等缺陷，同時也容易產生裂紋等嚴重質量問題。

發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，針對TiAl合金的特征，提供一種采用真空自耗電弧爐熔煉用于刃具鍍膜行業的TiAl合金的方法。該方法制備得到的TiAl合金無明顯氣孔、偏析等缺陷，組織大小均勻。本發的目的是通過以下技術方案實現的
本發明涉及一種采用真空自耗電弧爐熔煉TiAl合金的方法，包括以下步驟
(a)、稱料稱取海綿態金屬Ti與塊體金屬Al，混合；
(b)、壓制電極將步驟(a)中混合好的金屬Ti與Al壓制成電極，每個電極控制在 2. 2 4. 0公斤，其中Ti與Al混合均勻布料；
(C)、焊接電極將步驟(b)中壓制好的兩個電極焊接成熔煉電極；
(d)、真空自耗熔煉一次錠將步驟(c)中焊接的TiAl電極在IOkg真空自耗電弧熔煉爐進行熔煉，采用直徑為80mm的銅坩堝，熔煉出直徑80mm的TiAl —次錠；
(e)、焊接二次熔煉電極將熔煉的一次錠用車床去頭、平尾，每6個一次錠采用鎢極氬弧焊焊接成二次電極；
(f)、真空自耗熔煉二次錠將焊接的TiAl二次電極在150kg真空自耗電弧熔煉爐進行熔煉，采用直徑為120mm的銅坩堝，熔煉出直徑120mm的TiAl 二次錠。優選的，步驟(a)中，所述稱取的金屬Ti與Al中，Ti的重量百分比含量為50 87. 5%, Al的重量百分比含量為12. 5 50%。
優選的，步驟(C)中，所述焊接是采用鎢極氬弧焊焊接的。優選的，步驟(d)中，所述一次錠熔煉的電流為1.5 2.0kA，工作真空度為 1. 0X10E々a。優選的，步驟(f)中，所述二次錠熔煉的電流為3.0 3.6kA，工作真空度為 1. 0X10E々a。與現有技術相比，本發明具有的有益效果為本發明工藝簡單，成本低廉，采用本發明的方法可制得無明顯氣孔、偏析等缺陷，組織大小均勻的TiAl合金靶材。


圖1為實施例3的TiAl合金二次錠的示意圖2為實施例3的TiAl合金二次錠的微觀組織照片圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例1
采用真空自耗電弧爐熔煉TiAl合金，具體步驟如下
(a)、稱料將金屬Ti與金屬Al按照質量比Ti87. 5%，Al 12. 5%的比例稱取、混合；
(b)、壓制電極將按比例稱取混合的金屬Ti與Al壓制成電極，每個電極控制在2.2公
斤；
(C)、焊接電極將每兩個壓制好的電極采用鎢極氬弧焊焊接成熔煉電極；
(d)、真空自耗熔煉一次錠將焊接的TiAl電極在IOkg真空自耗電弧熔煉爐進行熔煉， 電流2. OkA,工作真空度為1. OX IOE-1Pa,采用直徑為80mm的銅坩堝，熔煉出直徑80mm的 TiAl 一次錠；
(e)、焊接二次熔煉電極將熔煉的一次錠用車床去頭、平尾，每6個一次錠采用鎢極氬弧焊焊接成二次電極；
(f)、真空自耗熔煉二次錠將焊接的TiAl二次電極在150kg真空自耗電弧熔煉爐進行熔煉，電流3. 6kA,工作真空度為1. OX IOE-1Pa,采用直徑為120mm的銅坩堝，熔煉出直徑 120mm 的 TiAl 二次錠。實施例2
采用真空自耗電弧爐熔煉TiAl合金，具體步驟如下
(a)、稱料將金屬Ti與金屬Al按照質量比Ti75%，Al 25%的比例稱取、混合；
(b)、壓制電極將按比例稱取混合好的金屬Ti與Al壓制成電極，每個電極控制在4.0 公斤；
(C)、焊接電極將每兩個壓制好的電極采用鎢極氬弧焊焊接成熔煉電極； (d)、真空自耗熔煉一次錠將焊接的TiAl電極在IOkg真空自耗電弧熔煉爐進行熔煉， 電流1. 8kA,工作真空度為1. OX IOE-1Pa,采用直徑為80mm的銅坩堝，熔煉出直徑80mm的 TiAl 一次錠；(e)、焊接二次熔煉電極將熔煉的一次錠用車床去頭、平尾，每6個一次錠采用鎢極氬弧焊焊接成二次電極；
(f)、真空自耗熔煉二次錠將焊接的TiAl二次電極在150kg真空自耗電弧熔煉爐進行熔煉，電流3. 5kA,工作真空度為1. OX IOE-1Pa,采用直徑為120mm的銅坩堝，熔煉出直徑 120mm 的 TiAl 二次錠。實施例3
采用真空自耗電弧爐熔煉TiAl合金，具體步驟如下
(a)、稱料將金屬Ti與金屬Al按照質量比Ti64%，Al 36%的比例稱取、混合；
(b)、壓制電極將按比例稱取混合好的金屬Ti與Al壓制成電極，每個電極控制在2.8 公斤；
(C)、焊接電極將每兩個壓制好的電極采用鎢極氬弧焊焊接成熔煉電極；
(d)、焊接二次熔煉電極將焊接的TiAl電極在IOkg真空自耗電弧熔煉爐進行熔煉， 電流1. 5kA,工作真空度為1. OX IOE4Pa,采用直徑為80mm的銅坩堝，熔煉出直徑80mm的 TiAl 一次錠；
(e)、真空自耗熔煉二次錠將熔煉的一次錠用車床去頭、平尾，每6個一次錠采用鎢極氬弧焊焊接成二次電極；
(f)、真空自耗熔煉二次錠將焊接的TiAl二次電極在150kg真空自耗電弧熔煉爐進行熔煉，電流3. 4kA,工作真空度為1. OX IOE-1Pa,采用直徑為120mm的銅坩堝，熔煉出直徑 120mm 的 TiAl 二次錠。實施例4
采用真空自耗電弧爐熔煉TiAl合金，具體步驟如下
(a)、稱料將金屬Ti與金屬Al按照質量比Ti50%, Al 50%的比例稱取、混合；
(b)、壓制電極將按比例稱取混合好的金屬Ti與Al壓制成電極，每個電極控制在3.4 公斤；
(C)、焊接電極將每兩個壓制好的電極采用鎢極氬弧焊焊接成熔煉電極；
(d)、真空自耗熔煉一次錠將焊接的TiAl電極在IOkg真空自耗電弧熔煉爐進行熔煉， 電流1. 5kA,工作真空度為1. OX IOE4Pa,采用直徑為80mm的銅坩堝，熔煉出直徑80mm的 TiAl 一次錠；
(e)、焊接二次熔煉電極將熔煉的一次錠用車床去頭、平尾，每6個一次錠采用鎢極氬弧焊焊接成二次電極；
(f)、真空自耗熔煉二次錠將焊接的TiAl二次電極在150kg真空自耗電弧熔煉爐進行熔煉，電流3. 0 kA,工作真空度為1. OX IOE-1Pa,采用直徑為120mm的銅坩堝，熔煉出直徑 120mm 的 TiAl 二次錠。本發明工藝采用傳統的真空自耗熔煉的方法，制備工藝簡單，可通過簡單的置換水冷坩堝來得到不同尺寸的合金鑄錠，無需特別的熔煉裝置；成本低廉，采用的原料直接為海綿鈦和鋁塊，原料成本低廉，熔煉能耗低；采用本發明的方法可制得無明顯氣孔、偏析等缺陷，組織大小均勻的TiAl合金靶材鑄錠。實施例1 4制得的TiAl合金二次錠鑄錠表面均沒有明顯的氣孔等缺陷，圖1所示為實施例3的直徑為120mm的TiAl合金二次錠的鑄錠照片，可以看到鑄錠表面沒有明顯的氣孔等缺陷。圖2所示為實施例3的TiAl 二次錠的微觀組織照片，組織大小均勻，未見偏析，晶粒大小不均等缺陷。
權利要求
1.一種采用真空自耗電弧爐熔煉TiAl合金的方法，其特征在于，包括以下步驟(a)、稱料稱取海綿態金屬Ti與塊體金屬Al，混合；(b)、壓制電極將步驟(a)中混合好的金屬Ti與Al壓制成電極，每個電極控制在 2. 2 4. 0公斤，其中Ti與Al混合均勻布料；(C)、焊接電極將步驟(b)中壓制好的兩個電極焊接成熔煉電極；(d)、真空自耗熔煉一次錠將步驟(c)中焊接的TiAl電極在IOkg真空自耗電弧熔煉爐進行熔煉，采用直徑為80mm的銅坩堝，熔煉出直徑80mm的TiAl —次錠；(e)、焊接二次熔煉電極將熔煉的一次錠用車床去頭、平尾，每6個一次錠采用鎢極氬弧焊焊接成二次電極；(f)、真空自耗熔煉二次錠將焊接的TiAl二次電極在150kg真空自耗電弧熔煉爐進行熔煉，采用直徑為120mm的銅坩堝，熔煉出直徑120mm的TiAl 二次錠。
2.根據權利要求1所述的采用真空自耗電弧爐熔煉TiAl合金的方法，其特征在于， 步驟(a)中，所述稱取的金屬Ti與Al中，Ti的重量百分比含量為50 87. 5%，Al的重量百分比含量為12. 5 50%。
3.根據權利要求1所述的采用真空自耗電弧爐熔煉TiAl合金的方法，其特征在于，步驟(c)中，所述焊接是采用鎢極氬弧焊焊接的。
4.根據權利要求1所述的采用真空自耗電弧爐熔煉TiAl合金的方法，其特征在于，步驟(d)中，所述一次錠熔煉的電流為1. 5 2. OkA,工作真空度為1. OX lOEla。
5.根據權利要求1所述的采用真空自耗電弧爐熔煉TiAl合金的方法，其特征在于，步驟(f)中，所述二次錠熔煉的電流為3. 0 3. 6kA,工作真空度為1. OX ΙΟΕ—1!^。
全文摘要
本發明公開了一種采用真空自耗電弧爐熔煉TiAl合金的方法，步驟如下稱取金屬Ti與金屬Al，混合；將混合好的金屬Ti與Al分別壓制成2.2～4.0公斤的電極；將兩個電極焊接成熔煉電極；焊接的TiAl電極在10kg真空自耗電弧熔煉爐進行熔煉，熔煉出直徑80mm的TiAl一次錠；將熔煉的一次錠用車床去頭、平尾，每6個一次錠采用鎢極氬弧焊焊接成二次電極；將焊接的TiAl二次電極在150kg真空自耗電弧熔煉爐進行熔煉，熔煉出直徑120mm的TiAl二次錠。稱取的金屬Ti與金屬Al中，Ti的重量百分比含量為50～87.5%，Al的重量百分比含量為12.5～50%。與現有技術相比，本發明工藝簡單，成本低，可制得無明顯氣孔、偏析等缺陷，組織大小均勻的TiAl合金靶材。
文檔編號C22B9/20GK102312111SQ20111026360
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月7日 優先權日2011年9月7日
發明者呂維潔, 張荻, 王敏敏, 王立強, 覃繼寧, 陳科 申請人:上海交通大學