氧氮氢分析仪在铸造TiAl合金制备中的创新应用研究

摘要

新型铝热还原技术结合氧氮氢分析仪检测体系，为铸造TiAl合金的工业化生产提供高效解决方案。本文重点探讨SHS-冶金工艺的连续制备优势及杂质控制关键技术。

一、TiAl合金制备技术演进与挑战

TiAl合金凭借其低密度（3.8-4.2g/cm³）、优异高温强度（＞700℃稳定）和耐腐蚀特性，已成为航空发动机叶片、汽车涡轮增压器等关键部件的理想材料。传统制备工艺面临三大技术瓶颈：

1.高活性钛元素导致的氧化污染

2.多工序加工带来的能耗过高（电弧熔炼＞1800℃）

3.杂质元素难以精准控制（氧含量＞800ppm）

二、SHS-冶金创新工艺解析

SongY团队开发的连续铝热还原工艺突破传统限制，其技术亮点包括：

• ​温度场智能调控：通过CaO-Al₂O₃渣系调节（配比范围5-15wt%），将炉渣熔点降低至1350-1450℃
• ​动态密封保护：实时生成的液态渣层（厚度2-5mm）有效隔绝大气污染
• ​氧含量精准控制：采用Bruker G8氧氮氢分析仪，实现氧含量从1200ppm降至350ppm（图1）

图1. 铝热剂还原后合金与炉渣分离界面（a）和形貌（b）的照片^[3]

三、关键检测技术突破

氧氮氢联合检测系统在工艺优化中发挥核心作用：

1.建立"熔体-炉渣-气体"三相物质传输模型

2.实时监控氧元素分布：

• 溶解氧占比＜18%
• 夹杂物氧＞82%（通过渣金反应可去除65%以上）

3.开发多级梯度控温程序（升温速率10℃/min→恒温段→淬冷）

四、工业化应用优势对比

五、技术拓展与展望

该工艺已成功应用于Ti-48Al-2Cr-2Nb等典型合金制备，未来发展方向包括：

1.开发多元复合渣系（添加5%Y₂O₃增强脱氧）

2.建立熔体洁净度智能评价系统

3.拓展至钛基复合材料制备领域

参考文献：[1] Liu M F, Guo Z C, Lu W C. Process of direct electrochemical reduction of TiO2[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2004, 14(10): 1751-1758.

[2] Gordin D M, Gloriant T, Nemtoi G, et al. WITHDRAWN: synthesis, structure and electrochemical behavior of a beta Ti–12Mo–5Ta alloy as new biomaterial[J]. Materials letters, 2005, 59(23): 2959-2964.

[3] Song Y, Dou Z, Zhang T, et al. A novel continuous and controllable method for fabrication of as-cast TiAl alloy[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2019, 789: 266-275.

科学指南针充分发挥互联网技术和业务优势，在国内率先打造出业界领先的线上化、数字化的科研服务基础设施，在行业内首创用户自主下单、服务全流程追踪、测试“云现场”等模式，进一步提高了大型科学仪器设施开放共享和使用效率，以实际行动助力科技创新。现已发展成为中国专业科研服务引领者，已获得检验检测机构资质认定证书（CMA）、实验动物使用许可证、“ISO三体系认证”等专业认证。

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。