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TiAl基合金由于具有密度低、高温强度好、阻燃、抗氧化和抗蠕变能力强等特点,作为新型轻质耐高温结构材料,在航空航天领域极具竞争力和发展潜力。本文利用高能球磨—冷压成形—真空烧结工艺制备TiAl基合金,研究微合金化对TiAl基合金组织和性能的影响,并以添加Y的TiAl基合金的烧结工艺进行优化研究。所开展的工作和取得的创新成果如下: (1)研究了烧结工艺为600℃×2 h+800℃×2 h+1000℃×2h+1250℃×2 h的不同配方(基础型,添加Sn型,添加Y型,添加La2O3型,添加镀镍石墨烯型)的TiAl基合金的组织与性能。结果表明:主要组成相均为TiAl、TiAl3、Ti3Al以及Ti相;组织中都有大量较大的空隙,在没有空隙的区域,显微组织较好,为单相γ组织,受空隙影响区别不大;孔隙率都较高(29~30%);与基础型合金的硬度(453.3 HV)相比,添加钇粉、氧化镧都能提高合金的硬度(增幅分别为18.6%、27.8%),而添加锡粉会降低合金的硬度(降幅8%);与基础型合金的抗酸蚀性能(质量损失0.09637 g/cm2)和抗高温氧化性能(氧化增重0.22548g/cm2)相比,添加Sn会降低合金的抗酸蚀性能(减少1.3倍)和抗高温氧化性能(降幅6%);添加Y能提高合金的抗酸蚀性能(提高4.6倍)和抗高温氧化性能(增幅7%);在对合金的抗高温氧化性能影响不大的情况下(降幅1%),添加La2O3大幅提高了合金的抗酸蚀性能(提高25倍);添加镀镍石墨烯显著降低合金的抗高温氧化性能(降幅45%);添加Sn、Y、La2O3和镀镍石墨烯都会降低合金的耐磨性。综上所述,添加Y和添加La2O3的合金具有较好的综合性能。 (2)研究了烧结工艺优化(600℃×2h+800℃×2 h+1100℃×4 h)后的添加Y的TiAl基合金的组织和性能。结果表明:与未优化烧结的合金相比,优化烧结后的合金组成相中没有低密度的TiAl3相;空隙大幅减少,显微组织也为γ相,存在成分偏析;孔隙率降低(9.6%,降幅67.3%)、硬度降低(300HV,降幅44.2%);抗酸蚀性能得到很大提高(质量损失0.00487 g/cm2,降幅71.6%);抗高温氧化性能得到很大提高(氧化增重0.13572 g/cm2,降幅35.0%);耐磨性得到很大提高(磨损体积0.18 mm3,降幅60%)。 (3)研究了复烧(600℃×2h+800℃×2h+1000℃×2h+1250℃×2 h)后的添加Y的TiAl基合金的组织和性能。结果表明:与优化烧结的合金相比,复烧后的合金具有相同的相组成;组织更为均匀致密,显微组织也为γ相,仍存在成分偏析;更低的孔隙率(6.6%,降幅31.2%)、更高的硬度(380 HV,增幅26.7%);更好的抗酸蚀性能(质量损失0.00375 g/cm2,降幅23.0%);更好的抗高温氧化性能(氧化增重0.11893 g/cm2,降幅12.4%);更高的耐磨性(磨损体积0.17mm3,降幅5%)。 本文首次发现添加Y能提高TiAl基合金的抗酸蚀性能和抗高温氧化性能,尤其是添加La2O3能大幅提高TiAl基合金的抗酸蚀性能,并优化了制备工艺,为新型TiAl基合金的成分设计与制备技术优化提供了科学依据。