TiAl合金研究进展

陈志远，方斌，张原斌，郭增辉

（齐鲁工业大学（山东省科学院）机械工程学部，济南 250353）

0 引言

航空航天工业的发展对于具有高强度、良好耐热性和抗氧化性、低密度的高性能材料需求越来越高。TiAl合金是一种新型、轻质耐高温结构材料，应用前景广阔，具有很大的发展潜力[1]。TiAl合金具有高熔点、低密度、高弹性模量、优异的高温强度（700～900 ℃）、较强的阻燃能力，可用于高温等极端环境。TiAl合金的密度仅为镍基高温合金的一半左右，是镍基高温合金的代替材料，用于制备航空发动机的涡轮叶片、部分航空航天结构件及地面发动机动力系统中转动或往复运动的高温部件[2-3]。TiAl合金制备有铸造、铸锭冶金和粉末冶金等方法。但是，在铸造过程中TiAl合金内部易形成孔隙和成分偏析现象，导致铸态TiAl合金的室温脆性较高、可加工性较差。粉末冶金先制备初始合金粉末、再进行材料烧结成型的方法可解决铸造材料的疏松、多孔问题，并显著提高材料高温强度及力学性能，同时明显改善TiAl合金的热加工性能，粉末冶金是现在制备TiAl合金材料的主要方法[4]。同时，通过向TiAl基合金中加入β合金元素、改善合金微观组织结构，以及使材料合金化等方法可有效提高TiAl合金室温可塑性和高温抗氧化能力，从而改善TiAl合金的综合性能。本文综述了TiAl初始粉末制备方法、TiAl合金材料的制备及存在问题，分析了改进TiAl合金材料力学性能的方法，探讨了TiAl合金材料发展趋势。

1 气雾化法制备TiAl合金粉末

目前，制备金属合金粉末的方法主要有机械合金化、自蔓延高温合成、气雾化、水雾化、离心雾化和等离子雾化法等。由于气体雾化生产的粉末具有最佳的成本和形状，因此TiAl合金粉末一般用气雾化法制备。气雾化法是把高速流动的气体（多为惰性气体，比如氩气）作为雾化介质冲击高温的熔融金属液滴，使熔融金属液滴在气液两相的交互作用中破碎成细小颗粒，再冷却、凝固成粉。TiAl合金粉末的生产过程中，熔体、雾化液滴和热粉末颗粒易吸收氧、氮和碳元素，合金熔化温度很高（约1450 ℃），熔体的腐蚀性强且与现有所有坩埚材料发生反应，所以TiAl合金粉末只能采用无干锅[5-6]、冷铜坩埚等技术制备[7]。

随着对雾化器研究的进展，如今新型雾化法成为了生产粉体的主要方式，根据设备加热元件不同，气体雾化法有等离子熔炼感应气体雾化法（Plasma Melting Induction Guiding Gas Atomization，PIGA）、电极感应熔化气体雾化法（Electrode Induction Melting Gas Atomization，EIGA法）、真空感应熔炼惰性气体雾化法（Vacuum Induction Melting Gas Atomization，VIGA）和等离子旋转电极雾化法（Plasma Rotating Electrode Atomization，PREP）。图1所示为4种气体雾化法工作原理示意图。

图1 4种气体雾化法工作原理示意图

1.1 等离子熔炼感应气体雾化法（PIGA）

图1（a）是等离子熔炼感应气体雾化法（PIGA）示意图，该方法采用等离子热源，调节等离子炬的高度在水冷铜坩埚中形成熔池，细熔体流通过感应加热水冷铜漏斗被引导到气体喷嘴的中心，被惰性气体雾化为粉末颗粒。

PIGA法的优势为采用等离子热源提高了加热源的稳定性和效能；采用水冷铜坩埚，避免金属液流与铜坩埚壁的直接接触，减小了合金粉末中的杂质[11]。然而，熔池的形成和感应引导需要相当大的电能，能耗高；且由于漏斗内液体液面较高，为了防止液体溢出漏斗，则需要良好的保护措施。

1.2 电极感应熔炼惰性气体雾化法（EIGA）

图1（b）是无坩埚电极感应熔化气体雾化法（EIGA）示意图，该法是将合金棒料作为电极，通过控制感应熔炼线圈和送料速度，将旋转的棒料电极熔化并雾化成粉末颗粒的过程[8,12]。

该雾化技术的优势在于不使用陶瓷坩埚，所需功率较小，合金粉末杂质少。但是，合金棒材比合金锭料的成本高。棒材熔化速率较难控制，金属液流成分不均匀，影响粉末的综合性能。

Wegmann等[13]通过比较不同方案制备的粉末粒径（如图2）发现，在产量较小的情况下，PIGA和EIGA法比传统离心方案所制备的粉末孔隙率更低，粉末颗粒也越小。并且，该产量下PIGA要比EIGA所制备的粉末孔隙率更小。但是在相同产率并且产量较大的情况下EIGA法则拥有明显优势，Gerling等[8]通过研究EIGA和PIGA制备Ti-46Al-9Nb的粉末粒径大小（如图3）发现，EIGA法制备的粉末粒径明显低于PIGA法制备的粉末粒径。如果采用金属注射成型工艺制备材料，要求使用较细的合金粉末，采用EIGA法生产合金粉末更有利于提高材料性能。

图3 用EIGA和PIGA技术雾化的Ti-46Al-9Nb合金粉末的粒度分布[8]

1.3 真空感应熔炼惰性气体雾化法（VIGA）

图1（c）是真空感应熔炼惰性气体雾化法（VIGA），该方法是以合金棒材作为电极，通过电磁感应线圈对旋转的合金棒材进行熔炼。通过控制熔炼速度使熔体形成金属液流，并连续垂直向下流动穿过导流管。进入雾化室后，喷嘴喷射高速气流将熔体雾化成金属液滴，随后凝固成粉末颗粒。

在VIGA法制备的金属粉末中，熔融金属液流不会接触到坩埚和导流管，减少了金属熔炼过程中的杂质引入，有效提高了粉末的纯净度[14]。

1.4 等离子旋转电极雾化法（PREP）

如图1（d）所示，PREP法是以合金棒材作为自耗旋转电极，通过等离子枪所产生的转移弧作热源逐步熔化高速旋转电极，随后产生的金属液流通过离心力作用甩出后形成细小液滴，在表面张力作用及惰性气体保护的环境中冷却固化为粉末颗粒[10]。PREP技术分为转移弧型等离子旋转电极雾化技术和非转移弧型等离子旋转电极雾化技术，前者是由美国率先研究，而后者则是苏联首次开发。与非转移弧型相比，转移弧型具有等离子枪功率、能量密度、热效率高的优势，但是两种制备工艺都需要进行后续的粉末除杂处理[15]。

图4和图5分别是VIGA法和PREP法制备的粉末。VIGA法制备的粉末多以球形为主，球形度高，表面光洁，粉末表面附有卫星粉。PREP法制备的粉末表面主要为细枝晶组织，没有卫星粉，粉末球形度更高，表面光洁，粒径分布均匀，表面质量优于VIGA法[16]。与传统气雾化法制备的粉末具有形状不规则、颗粒破损、大尺寸薄片状金属等现象相比，采用VIGA和PREP法制得的粉末球形度更高、流动性更好[17]。

图4 VIGA法制备TiAl粉显微形貌和截面形貌[17]

图5 PREP法制备TiAl粉显微形貌和截面形貌[17]

气体雾化法（EIGA、PIGA）能提高钛合金的细粉率，但粉末的球形度不如旋转雾化法（VAGA、PREP）制备的粉末好。通过所制备的粉末对比发现，旋转雾化法所制备粉末具有粒径分布均匀、表面光洁度和球形度高、流动性好、杂质含量少、无卫星粉等特点，粉末质量更高。

2 TiAl合金材料制备方法

2.1 热等静压（Hot Isostatic Pressing，HIP）制备TiAl合金材料

热等静压工艺是目前制备TiAl合金常用的烧结工艺。该工艺的关键环节包括包套的设计与加工、包套封装、包套去除、真空热处理和质量检验等工序[18]。

Yolton等[19]研究了HIP烧结温度、保温时间及热处理工艺对TiAl合金材料的显微组织和孔隙率的影响，发现在温度1100～1300 ℃，压力大于100 MPa的条件下进行热等静压烧结效果最好。传统热等静压工艺制备的TiAl合金屈服强度和拉伸延展性偏低。热等静压与其他工艺相结合的方法可以明显改善TiAl合金的力学性能。Yu等[20]将元素粉末混合物球磨后进行热等静压，制备出成分为Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B-0.5Ta的TiAl合金超细晶材料，合金材料虽然具有相对较低的拉伸强度，但是具有70%～130%的高拉伸伸长率，有利于后续改善材料的拉伸强度。刘咏等[21]采用高温热压和热等静压相结合的方法合成了TiAl-2Cr-2Nb合金。两种工艺的结合提高了材料的致密度，促进了材料内合金元素的均匀化扩散。Chen等[22]分别采用离散式和集成连续式的热等静压和真空热处理方法制备了TiAl合金，制备工艺如图6所示。其中，传统离散制备方法（SHH）是在1533 K、160 MPa条件下热等静压4 h，然后在1633 K和1553 K下分别进行0.5 h 和4 h 的 真空热处理（如图6（a）），集成连续制备方 法（IHH）是在1533 K、160 MPa条件下热等静压结束后立即进行热处理（如图6（b））。

图6 热等静压法制备TiAl[22]

图7是分别采用SHH和IHH制备TiAl材料的微观组织，由图7（a）和图7（b）可以看出，传统离散方法制备的TiAl材料具有微裂纹缺陷，导致材料力学性能较低；由图7（c）和图7（d）可以看出，使用集成连续方法制备TiAl材料组织结 构 均匀，没有明显裂纹缺陷，明显提高了材料的力学性能[22]。

图7 采用SHH和IHH制备TiAl材料的微观组织[22]

TiAl合金热等静压工艺通过与不同生产工艺的结合能够优化产品质量，提高生产效率。但是热等静压过程中，TiAl合金粉末和钢制包套交界处会发生强烈互扩散行为，使合金基体内孔隙率增高，构件的表面质量降低，还造成了局部尺寸的不确定性。同时，因制备工艺参数的影响，热等静压件内部可能存在组织缺陷，降低材料力学性能。因此，未来热等静压工艺的研究应着重于控制TiAl合金粉末与包套的扩散反应，以及开展粉末热等静压技术与材料制备工艺结合应用研究。

2.2 放电等离子（Spark Plasma Sintering，SPS）制备TiAl合金材料

放电等离子烧结是通过脉冲放电及瞬时高温场实现材料致密化的快速烧结技术。与传统的热等静压技术（HIP）和热压烧结等方法相比，其升温速度快、烧结时间短、制备成本低，并且能够通过自调节机制提高材料的力学性能[23-24]。

目前，关于TiAl合金烧结的大部分研究主要集中在优化SPS烧结温度、烧结压力、加热速率、脉冲电流等工艺参数以及向合金粉末中添加增强相。杨鑫等[25]通过使用SPS技术分别在1150 ℃、1200 ℃和1250 ℃下进行烧结实验，并且发现在烧结温度在1200 ℃时可以制备出具有相对密度99.2%的致密烧结体，且烧结体显微组织呈现均匀一致。宋晓艳等[26]通过SPS加压实验发现，随着烧结压力的增大，合金会产生塑性变形，并且孔隙中的空气被大量排出，致密度大幅增加。但压力超过一定值时，烧结体的致密度出现降低的情况。赵海峰等[27]通过实验发现SPS特殊的脉冲电流能够促进合金内的物质迁移，低温快烧可以有效抑制晶粒的长大和促进合金组织均匀化。Martins等[28]发现通过SPS烧结制备TiAl合金时，烧结温度高于1200 ℃后，表面TiC层的存在抑制了合金微观结构的蠕变应变速率，从而抑制了合金组织的均匀化。

陈钰青等[29]在SPS烧结TiAl合金时，通过添加不同含量TiB2降低了合金快速致密化的起始温度。如图8所示，合金粉末在1200 ℃、40 MPa、10 min条件下烧结，当TiB2添加量为0.2%时，其显微组织呈现较高均匀化且晶粒细小，合金室温强度较高。但是，当TiB2含量增加至0.7%时，烧结体出现了明显的裂纹。

图8 不同TiB2含量γ-TiAl基合金粉末在1200℃烧结后截面形貌[29]（BSE）（10 min，40 MPa）

由上述研究可以看出，通过优化烧结压力、烧结温度可以一定程度提高TiAl合金粉末烧结致密化。通过添加适量的第二相粉末也显著改善合金性能，但含量过高会导致其发生组织转变和晶粒粗化的现象，不利于合金性能的提高。

2.3 金属粉末注射成形（Metal Powder Injection Molding，MIM）制备TiAl合金材料

金属粉末注射成形是在加热状态下将混合粉末与有机黏结剂均匀混合并用注射成形机将其注入模腔内冷凝成形，然后用化学溶解或热分解的方法将成形坯中的黏结剂脱除，最后经烧结致密化而获得制品[30]。该工艺具有设计自由度大、成形能力好、材料性能优良、制品表面光滑、适用材料广泛及生产成本低等优势[30-31]。

Kim等[32]通过MIM制备了相对密度为98.8%的Ti-48Al合金，由于原料粉末含氧量较高及黏结剂与TiAl基体之间的反应，导致合金室温延展性较差。Gerling等[33]发现MIM制备TiAl合金时，合金明显吸收了氧、碳、氮元素。与粉末颗粒相比，铸态合金中氧元素含量增加了1000 μg/g，当合金材料中氧含量超过1600 μg/g时，会导致材料明显脆性行为，以及残留孔隙的嵌套现象。因此，MIM技术对于黏结剂的选取、烧结参数及其他元素含量的确定都有着较高的要求。并且，MIM工艺在脱脂和烧结过程中，合金极易产生缺陷，所以MIM制备TiAl合金的工艺还需要进一步改进[34]。

Zhang等[35]采用MIM工艺制备了成分为Ti-45Al-8.5Nb-0.2W-0.2B-0.02Y的高铌TiAl合金零件，发现最佳烧结参数为温度1480 ℃，保温2 h。烧结温度过高、时间过长都会造成合金性能缺陷。张晨铭等[36]将E型三元乙丙橡胶作为改性剂加入石蜡-油-聚丙烯黏结剂体系中，使得生坯抗冲击能力提高，并且溶剂脱脂时间缩短至3 h，有效地改善了MIM工艺。

MIM技术制备TiAl合金材料存在主要问题包括：1）MIM技术需要大量的黏结剂，所需成本太高；2）大尺寸构件注射成形所需要的时间增长，对黏结剂的流变特殊性能的要求较高[37-38]；3）MIM工艺存在原始合金粉末在原料制备、脱脂和烧结过程中会受到氧气和黏合剂体系的污染等缺陷。因此，黏结剂的少量化、多样性，脱脂途径和材料的多样化，黏结剂配方的改善都是目前MIM技术制备TiAl合金材料发展的方向[39]。

2.4 反应烧结制备TiAl合金材料

反应烧结工艺一般是指将合金元素粉末按一定比例进行混合均匀，待合金材料固结、成形之后再进行烧结的工艺方法。Wang等[40]提出Ti粉和Al粉反应烧结过程分为以下3个阶段：

由上述公式可以看出，反应烧结制备TiAl合金过程中的重要阶段是Ti粉和Al粉发生反应，该过程有TiAl3及TiAl2中间相的生成。Andrea等[41]阐述了Ti-Al系统中相的形成机制，在Al熔点的温度下，Al粉和Ti粉的颗粒反应直接形成TiAl3相，并且由于其热力学和动力学特征该相优先形成，然后TiAl相与钛发生反应生成Ti3Al 相，最终TiAl2与Ti3Al相反应生成TiAl。同时，发现更高温度会改变反应机制，化学反应速率也会影响反应过程。

反应烧结制备的TiAl合金制件通常还需进行热等静压加工，以消除残留的孔洞，提高合金致密度[42-43]。该工艺的优势在于：1）烧成的制品尺寸几乎不变化，避免后期精整工序；2）反应烧结速度快。反应烧结工艺存在的问题有：1）反应烧结易受环境因素影响，Ti、Al粉末在反应过程中若受到空气中的O、N、H等元素的影响，则会出现体积膨胀现象，采用真空烧结或热等静压处理，也难以使材料完全致密化；2）传统冷挤压变形方法无法细化Ti、Al组元尺寸，必须采用超高挤压法，实际应用成本偏高。

改善反应烧结工艺可以提高材料性能。Wang等[40]通过利用冷挤压-反应烧结工艺制备TiAl基合金，并且通过挤压工序提高了Ti、Al元素粉末的纯净度，细化了粒径尺寸，从而提高了所制备TiAl基合金材料的致密度。Sarkar等[44]通过添加不同的氧化物作为烧结助剂的反应烧结来预合成化学计量尖晶石，发现含有烧结助剂所制备的尖晶石致密度更高，并且TiO2作为烧结助剂时，材料致密度最好。Andrea等[41]通过在合金粉末中添加Si元素，并且在900 ℃下反应烧结30 min，制备出具有可减小孔隙率的Ti-Al-Si块状中间相，提高了合金的致密度，并且在反应烧结过程中通过感应加热进一步降低了孔隙率。

热等静压和反应烧结工艺都存在烧结体孔隙率高、致密度较低的现象。放电等离子烧结中的脉冲电压工艺及金属粉末注射成形工艺中黏结剂的存在都会对烧结体的致密度产生积极的影响。因此，与较为传统的热等静压及反应烧结工艺相比，放电等离子烧结和粉末注射成形工艺对于TiAl合金的制备更有利。

3 TiAl基合金性能改善方法

3.1 提高TiAl基合金高温抗氧化性

TiAl基合金在空气中仅在750～800 ℃内能保持较高的高温使用性能，一旦暴露到高温环境中，则会迅速生成TiO2和Al2O3氧化物。随着TiO2的氧化皮脱落会导致TiAl基合金的连续氧化行为，从而降低了合金的高温使用性能和使用寿命。为了进一步提高TiAl基合金在高温下的使用性能，向TiAl基合金中添加β相稳定元素是一种行之有效的方法[45]。如表1所示，与传统TiAl合金相比，高Nb-TiAl合金中Nb元素的添加大大改善了合金的性能，合金的屈服强度、韧性、使用温度等方面都有着比较高的上限，其密度也明显较高，从而提高了TiAl基合金应用范围。

Banumathy等[48]将Ti-45Al-2Cr-7.5Nb-0.3B、Ti-45Al-2Cr-10Nb-0.3B与标准γ合金Ti-48Al-2Nb-2Cr在900 ℃环境下氧化200 h研究Nb元素含量对抗氧化行为的影响。发现Nb元素含量较高时，同时具有较高价态的Nb5+，从而使得合金中的氧元素扩散率降低，提高了合金的抗氧化性。陈国良等[49]通过实验对比了高Nb-TiAl合金和普通TiAl合金在经过1050 ℃下暴露30 h后，并且保温在900 ℃下合金的屈服强度及微观组织变化。如图9所示，普通TiAl合金晶界区域粗化现象严重，而高Nb-TiAl合金的组织稳定，且高Nb-TiAl合金屈服强度要明显比普通TiAl合金高。Varma等[50]认为Nb元素可以提高Al元素的热力学活性，促进Al2O3膜优先生成，从而改善了TiAl合金的抗氧化能力。Rakowski等[51]认为Nb元素的加入促进了合金的氧化膜与基体界面处生成TiN化合物，阻碍了Ti和O元素的扩散，抑制了合金的氧化，使得高Nb-TiAl合金抗氧化性明显比高于普通TiAl合金。然而，Wei等[52-53]研究认为Nb元素的添加，使得合金的氧化膜与基体界面处发生Nb相聚集，延缓了Al2O3、TiO2的生成，从而改善了高Nb-TiAl合金抗氧化性能。

图9 TiAl合金高温屈服强度[49]

此外，研究表明添加其他β相稳定元素也可改善合金的高温氧化行为。Li等[54]研究了在900 ℃等温环境中用P元素进行晶粒细化来改善高Nb-TiAl合金氧化行为，发现添加P元素增强了氧化皮的抗剥落性，从而提高了Ti45Al8Nb合金的高温抗氧化性。Pan等[55]通过在900 ℃空气中对TiAl-Co合金进行100 h的高温氧化测试来探究添加Co元素对TiAl合金高温抗氧化性的影响，发现添加Co可以增强TiAl合金中氧化皮的抗剥落能力，提高TiAl合金的高温抗氧化性。Pan等[56]还研究了将Sn元素加入到合金中高温氧化行为，发现Sn元素的添加会形成Ti3Sn层对氧气的进入有抑制作用，显著提高了TiAl合金的高温抗氧化性。Jiang等[57]发现当合金中Si元素含量大于3%时，合金氧化后会在Ti5Si3相上形成TiO2，但随着Nb元素的增加会抑制合金上Ti5Si3相和Ti5Si3相上形成的TiO2的生成，从而提高TiAl基合金的抗氧化能力。

Nb等β相稳定能够抑制合金氧化膜的形成和氧化皮脱落速度，从而提高合金的抗氧化能力。将不同种类的β相稳定元素按照合适的比例加入合金中，对合金的性能也有着非常显著的改善效果。所以，在高Nb-TiAl的基础上添加其他β相稳定元素来进一步改善合金性能是未来改善TiAl基合金抗氧化性的主要发展方向之一。

近年来，含Ti2AlC相的TiAl基合金复合材料被研究人员逐渐开发，含Ti2AlC的TiAl基复合材料因其密度更低、热膨胀系数相近等优异性能，被视为增强TiAl基合金性能的一种很有发展潜力的增强材料。Ti2AlC相的层状晶体结构是由强Ti-C键和弱Al-Ti键构成，因此该相同时具有高刚度、低热膨胀的优异陶瓷性能和表现为良好可塑性的优秀金属性能。因此Ti2AlC相已成为目前改善TiAl基合金的性能最具发展潜力的增强材料。

Wang等[58]采用SPS烧结工艺制备Ti2AlC/TiAl复合材料后，通过在850 ℃氧化6000 min后发现，含有Ti2AlC颗粒的TiAl基合金复合材料比普通TiAl合金抗氧化性显著提高。并且后续分析正是Ti2AlC颗粒抑制了O原子的扩散，使氧化层变薄，降低氧化速率。Ma等[59]同样通过放电等离子烧结，控制烧结TiAl合金时石墨烯的添加量来使反应过程中α2-Ti3Al与γ-TiAl的界面处析出微纳米Ti2AlC相，成功利用Ti2AlC相来增强TiAl复合材料。Liu等[60]通过火花等离子体烧结制备了具有完全层状微观结构和均匀分散的Ti2AlC纳米沉淀物的TiAl纳米复合材料。通过后续试验发现原位Ti2AlC沉淀物及其周围基质之间的半同界面在等温氧化过程中充当氧扩散屏障，从而提高了TiAl基合金的抗氧化性。同时，由于在半同界面上的钉扎效应和纳米级的TiCr2沉淀，使得TiAl纳米复合材料的使用温度提高了50 ℃。图10为复合材料与TiAl合金经过10 h、850 ℃的等温氧化测试后的横截面微观组织。由图可以看出，TiAl合金中的氧化物与基体界面处存在许多气孔，其可以充当氧扩散通道并促进氧化反应。而在复合材料中，基体下方的氧化物层整体致密。由此看出TiAl合金复合材料的抗氧化性明显高于普通TiAl合金。

图10 样品的横截面SEM显微照片[60]

3.2 改善TiAl基合金室温脆性

TiAl合金本身的脆性及较差的室温塑性变形能力制约着TiAl基合金的使用，在室温下的难加工性阻碍着TiAl基合金的应用。影响TiAl合金室温脆性的因素有[61]：1）室温下位错运动；2）合金内部的原子尺寸和键合强度；3）晶界上杂质偏聚；4）孪晶变形程度。

目前有效改善TiAl合金室温脆性的方法主要有：1）合金化、微合金化；2）改善加工环境（降低环境中氢、氧等元素对合金的影响）。

Hu等[6]研究发现B元素添加到TiAl基合金中能够有效地细化锻造和铸造材料晶粒尺寸，当合金内部形成晶粒细小且分散的TiB2沉积物时，TiAl合金的室温塑性有着明显的提高。Kim等[62-63]通过研究TiAl基合金单、双相的性能，发现单相TiAl合金具有良好的抵抗环境脆性的能力，但是其塑性和韧性比双相合金低。Oh等[64]通过研究多晶组织发现多晶样品的延伸率在空气中约为2%，而在真空中为5%。在真空中拉伸，即使应变速率为0.002 /s，延伸率也高达56%，而在空气中拉伸延伸率只有真空中的1/3，表明环境脆性对合金的拉伸性能有着很大的影响。Xu等[65]通过实验发现向高Nb-TiAl合金中注入V元素可以有效改善TiAl合金的脆性。Li等[66]利用热等静压烧结工艺，加工出一种新型TiAl/WC 纳米复合材料。通过控制纳米WC在TiAl中的含量调整晶粒结构及晶粒尺寸，该新型复合材料具有较高的强度和延展性。Tan等[67]通过电弧熔炼制备工艺获得了含有不同含量SiC的TiAl/SiC复合材料，探究表明当SiC含量达0.5%时，合金的压缩应变显著提高，室温塑性得到改善。Liu等[68]以Ti、Al和石墨烯片状粉末为原料，通过SPS烧结与热处理工艺制备出具有微纳层状结构的TiAlC/TiAl复合材料。并且通过后续的测试发现该材料在室温下的延展性达到了25.5%，显著改善了TiAl基合金的室温脆性。

采用传统工艺改善材料本身性能（引入增强相、改善加工环境）的方案虽然有效，但是其工艺所带来的副作用也不容忽视，例如合金本身的高强度等性质受到影响及加工实施的难度高等问题。近年来兴起的Ti2AlC/TiAl及其它陶瓷材料与TiAl合金复合材料开发，不仅提高了TiAl基合金的抗氧化性、室温可塑性，对于TiAl合金复合材料的显微硬度、抗压强度、弯曲强度、断裂韧性都有着显著的改善，因而获得了广泛的关注，有着很大的研究空间。

4 结论

TiAl合金作为一种轻质耐高温结构材料，具有高熔点、低密度、高弹性模量、良好的高温强度、较强的阻燃能力和高温使用性能等优势。随着对TiAl合金性能的不断探索与改善，TiAl合金在抗氧化性、室温可塑性、力学性能等方面都有着显著提升。其目前广泛应用于航天发动机叶片、轮盘、机身，以及汽车发动机等领域，显著减轻了零部件的质量，实现了节能、减排的显著效果。粉末冶金工艺制备TiAl合金能够控制合金成分、获得均匀细小的组织，从而避免疏松和成分偏析等铸造缺陷，现已成为TiAl合金成形技术的重要研究方向。目前，通过提高工艺水平改善了TiAl合金的性能，并且TiAl合金复合材料的开发，提高了TiAl基合金的力学性能，改善了其抗抗氧化性及室温脆性，拓宽了TiAl基合金的应用。但是在制备合金过程中也存在产生杂质、生产成本高等问题。同时，TiAl合金仍然存在难加工性，这给TiAl合金的实际生产与应用提出难题。因此，提高成形工艺稳定性、减少成形过程中杂质的引入、开发TiAl基合金复合材料、改善合金成形过程中的缺陷都将成为未来TiAl合金开发的重要研究方向。