本文涉及一种以钛和铝为主要元素的合金制造箔、片材和异型件的方法。伽马钛铝化物是高温金属间材料，其重量仅为钢或镍基合金的一半。它们可以在比传统钛合金高得多的温度下应用。技术上相关的伽马钛铝化物合金由γ相（TiAl）和少量2 相（Ti 3 Al）组成。由钛铝制成的片材或箔片材可潜在地应用于航空发动机和航天飞机。金属间材料由于其特殊的有序晶体结构而难以变形。这使得薄片和薄箔的制造特别困难。然而，它们的可用性是在薄壁钣金结构中使用钛铝的先决条件。就应用而言，传统钛合金的箔和薄板也令人感兴趣。因此，本发明旨在提供一种经济高效的方法，用于从伽马钛铝合金和常规钛合金制造片材，箔片和组件。

制造箔和片材的替代方法，如粉末压实、真空下的热轧和熔融纺丝、电子束蒸发和等离子喷涂直到现在还没有被接受。主要原因是，一方面是成本高，材料质量不足，另一方面的出发点是假设这种合金可以通过铸造以及雾化粉末的热等静压非常经济高效地生产。

根据中描述的工艺，薄板是由金属间钛-铝化合物通过执行以下步骤制造的：

• 在惰性气体气氛下加热由35%至44%重量的铝和其余钛组成的混合物，以产生熔体，
• 将该熔体连续送入开模，该模具由一对冷却辊和一对横向挡块定义，辊子以 0.1 至 10 m/s 的圆周速度旋转。
• 通过辊隙内的冷却辊冷却熔体，对这些辊施加恒定的力，以形成厚度与辊之间的间隙相对应的增强板。

提出了另一种生产钛和铝合金的方法。钛粉和铝粉混合;然后将混合物压制，并在真空或惰性气体气氛下将紧凑加热至低于铝熔化温度但不低于500°C的温度。这种方法不适合生产大片材和箔材。另一个不利的影响是，由于铝粉的表面相对较大，已知铝粉总是由氧化铝组成，大量的氧气被引入合金中，这可能会导致质量问题。

在许多情况下，人们试图通过钛和铝箔的反应退火来生产箔和片材。

文献中描述的一种方法是，例如，真空热压钛和交替排列的铝箔， 通过铝箔和织构钛箔的扩散反应生产具有定向层状微观结构的TiAl片;材料交易，它们最初在550°C下退火，然后在630°C（低于铝的熔点）下退火，直到铝部分完全用完。在1350°C下进行最终热处理，低于金属间相TiAl3的熔化温度 ，得到由两相YTiAl和 2 -TiAl 3组成的片材 。但是，此过程具有以下主要缺点：

铝和钛在铝化钛合金形成过程中的不同扩散速率导致形成孔隙率（Kirkendall孔隙）。为了防止它们，真空热压过程必须在20 MPa的压力和1350°C的温度下进行。 这大大增加了生产成本此外，箔的生产变得更加困难。较厚的板材必须由多种钛箔和铝箔制成，这降低了生产过程的经济效益。

也描述了一种从钛扁平产品制造用于高温应用的部件的方法，其包括以下步骤：

• a） 通过用铝合金箔对钛平板产品进行滚覆，在钛扁平产品的一侧至少施加一层铝层
• b）冷轧钛扁平产品与铝层的减速比为30-90%，）
• c）在连续炉或罩式炉中对覆盖有铝层的钛扁平产品进行软退火，
• d）由覆盖有铝层的软退火钛扁平产品形成组件，
• e）对覆盖有铝层的钛扁平产品形成的部件进行热处理，以诱导形成包含金属间相的涂层。

由于钛平面产品上的Al层厚度不超过90μm，特别是70μm，经过辊涂和冷轧后，只有一层靠近表面的钛已经转化为铝化钛。尽管由它制成的部件具有合金的耐磨性，但它们的机械强度在很大程度上与钛体的机械强度相对应。

因此，本文的目的是提出一种以钛和铝为主要元素的合金，特别是钛合金和γ钛铝合金制造箔、片材和异型零件的方法，通过该方法可以经济高效地生产这些产品，而不会发生与常规烧结工艺相关的缺陷。

根据本文，包括主要权利要求中概述的步骤的过程来实现此任务。

子权利要求详细说明了用于此目的的不同解决方案。

在该工艺中，箔片材和异型件均由以钛和铝为主要元素的合金制成，特别是钛合金或钛铝合金通过在[敏感词]相中粘结几层箔或片材。由于薄片应该相对较薄，为了简单起见，我们只会在[敏感词]提到箔，即使可以同时使用箔和片。这些箔由铝和/或铝合金组成 - 一方面在术语铝下总结 - 另一方面由钛和/或钛合金组成 - 在下文总结为术语钛。

单个箔片被堆叠，使得铝和钛交替。

 含铌钛铝合金可以通过使用含铌钛箔或另外使用铌箔来制成。

特别是对于生产薄箔或薄片，这些可以通过扩散焊接连接通体。为了生产较厚的板和异形体，两个外箔 - 在这种情况下是钛箔 - 仅通过已知的焊接技术在边界区域焊接。为了防止形成空气或气体泡罩，必须在填料内部的焊接过程中产生真空。这可以通过在真空下密封填料来实现，但通过连接套筒或阀门抽真空密封填料也是根据本文的。以这种方式形成的复合材料仍然具有相对的延展性，并且可以赋予类似于最终产品的形状。

 在第二阶段，对该复合材料进行退火处理，直到铝完全扩散到钛层中并形成均匀的钛合金和/或钛铝合金。

为了生产钛合金或钛铝合金的薄箔或薄片，将钛箔或钛片焊接在一侧或两侧用铝层。选择的方法是真空扩散焊接。根据这种方法，在向外层施加压力的同时，通过将温度升高到铝开始扩散到钛层的水平，从而通过扩散连接相邻层，从而连接相邻层。

在第二阶段，将该复合层退火到铝箔的熔化温度以下，要么在真空扩散焊接后立即进行，要么在中间成型步骤之后立即进行，直到铝已经完全扩散到钛层中。主要形成TiAl 3和剩余的钛。之后，箔的退火在高于所用铝箔的熔化温度但低于TiAl 3熔点的温度下继续， 直到形成均匀的钛合金或钛铝合金。在钛合金的情况下，TiAl 3在 第二退火阶段通过将Al扩散到Ti中而溶解。在Y-钛铝合金的情况下，TiAl 3 会在第二退火阶段与钛反应，主要形成Y-TiAl和 2 -Ti 3 Al。

为了产生真空扩散焊接所需的压力，我们建议将箔片固定在包括由具有较低热膨胀系数的材料制成的张力构件和由具有较高热膨胀系数的材料制成的压力构件的装置中。整个组件暴露在扩散焊接所需的温度下，范围为500°C至660°C，[敏感词]为600°C。 由于加热过程中不同的膨胀行为而产生的应力，压力会积聚。这可以通过将箔或薄板缠绕在奥氏体高级钢心轴上并用高温铁素体或马氏体钢环从外部固定来实现。

 如果在心轴上缠绕了几层箔，则应通过防粘剂如氮化硼将各层隔开。当整个组件被加热到扩散焊接所需的温度时，心轴的膨胀幅度大于其周围的环。箔层压在一起，导致焊接。

 为了生产更厚的板或根据本文的形状体，由钛箔组成的胶囊完全填充，要么仅用一个铝箔填充，要么用铝和钛箔的交替层填充。这些胶囊的边界区域必须通过已知的焊接方法密封。通过在焊接过程中在胶囊内产生真空，可以防止最终产品中形成空腔。

这些胶囊优选由两个钛箔组成，其中仅放置一个铝箔或替代的铝和钛箔，直到达到所需的材料厚度。这些外部钛板由由相同钛制成的圆周环连接，并在真空下或通过在填料内部产生真空的过程相互焊接。

以这种方式制成的胶囊现在可以进行[敏感词]成型步骤。

然后将胶囊加热到一定温度，其中TiAl 3 已经是软的或液体的但仍低于最终产品的熔点，并保持在此温度下，直到TiAl 3由于铝扩散到钛部分而消失。

为了实现Al的均匀分布，有利的是在低温（660°C - 1000°C）下预退火后使胶囊变形，使Al完全转化为多孔TiAl 3。胶囊的变形发生在室温或更高的温度下。现在可以进行最后的反应退火了。因此，如果在660°C至1000°C的温度下退火期间，如果板材水平定位不佳，则铝熔体的静水压力非常低，以至于不会发生胶囊的局部膨胀，从而导致异质Al分布。

在退火期间，需要在胶囊上施加压力。这可以通过在大约 1 bar 的惰性气体气氛下加热胶囊或通过热等静压 （HIP） 来实现。

由于胶囊的形状已经类似于待生产的形状体并且考虑到了反应退火期间发生的收缩，因此必要的精加工操作可以最小化。

特别是在制造异形体时，根据本文在该过程中，在各层之间嵌入纤维、线材或高强度材料颗粒形式的增强材料，特别是铌合金和/或碳化硅，以便它们被最终产品牢固地封闭。

现在将借助两个实施例更详细地描述本文：

• 1.TiAl箔：一个试样（Ti / Al）由一个钛箔（直径26 x 0.025 mm 2）和一个铝箔（ 直径26 x 0.020 mm 2）组成 ，第二个试样（Al/Ti / Ti / Al）由两个钛箔和一个铝箔组成，每个铝箔作为相同尺寸的覆盖层。将两个试样一个放在另一个之上，氮化硼作为防粘剂，并固定在由奥氏体高级钢NiCr 18 10制成的两个厚盘之间，螺钉由高温马氏体钢X20CrMoV 121制成。固定试样在600°C下退火30小时。然后将试样从固定装置中取出，放置在两个钼箔之间，并在氩气（约 1.2 bar）中在 1300°C 下退火 5 小时，在 1400°C 下退火 1 小时。所得试样致密，并显示出粗糙的层状微观结构;表面上只有几个孤立的气孔可以通过加工轻松去除。在第二退火阶段的较低温度下形成双相结构（1300°C / 5小时）或球状结构（1200°C / 5小时）。对具有球状微观结构的试样进行的EDS分析表明，该试样由Y-TiAl和 2 -Ti 3 Al组成。生产了波纹箔。为此，将两个尺寸为 30x25 mm 并按 Al/Ti/Ti/Al 顺序排列的钛箔 （0.025 mm）和两个铝箔 （0.020 mm） 在同一工具中在 600°C / 5 小时真空下退火，然后在室温下折叠以产生形状，最后在石墨工具中以 600°C / 25 小时 + 1200°C / 5 小时的重量在 Ar 中退火（约 1.2 bar）。
• 2.TiAl板：将两块钛板（直径26×0.5mm）、两块钛环（外径26mm，内径24mm，厚度0.5mm）和一块铝板（直径24×0.8mm）固定在上述制箔工具中。铝板和钛环放置在中间。该试样在600°C真空下退火30小时，以便在边界区域焊接试样。然后将试样从固定装置中取出，并在1400°C（高于TiAl 3相的熔点）下热处理 两个小时，铝和钛完全反应产生Y-TiAl + Ti 3 Al;然而，整个片材宽度的化学成分是不均匀的。在第二次试验中，试样在低于TiAl 3熔融温度的1370°C的第二退火阶段退火 10小时，导致均匀的片厚和化学均匀性。