[發(fā)明專利]一種Zr改性的NiAl－Cr(Mo)雙相共晶金屬間化合物

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710176117.5
• 申請日: 2007-10-19
• 公開（公告）號: CN101148729A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐惠彬;張志剛;湯林志;劉先斌;宮聲凱
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所
• 代理人: 周長琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Zr改性的NiAl-Cr(Mo)雙相共晶新型結(jié)構(gòu)金屬間化合物，所述金屬間化合物中存在有NiAl相、Cr(Mo)相和Heusler(L2₁-Ni₂AlZr)相。

背景技術(shù)

目前，在動力、石化、運輸、特別是航空及航天等工業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用在600℃以上的金屬結(jié)構(gòu)材料通常為鎳基、鐵基和鈷基高溫合金。這些材料具有較高的密度(一般在8.0g/cm³以上)，所制成的構(gòu)件和設(shè)備重量大，為了減輕結(jié)構(gòu)重量，提高效率，降低能源消耗，必須開發(fā)低密度、高比強的新型高溫合金以適應(yīng)相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域未來發(fā)展的需要。更為迫切的是目前以Ni基、Co基為代表的高溫合金由于受到熔點的限制，已接近其使用的極限溫度。即使是加入了大量貴金屬的三代高溫合金單晶，其使用溫度也不超過1100℃。為滿足新一代燃氣渦輪發(fā)動機的需求，急需開發(fā)承溫能力為1150℃的高溫結(jié)構(gòu)材料。

B2結(jié)構(gòu)長程有序NiAl的熔點高達1638℃，比鎳基高溫合金高300～350℃，使用溫度可望達到1250℃；其密度5.86g/cm³僅為鎳基高溫合金的2/3，合金化后的密度為6.0g/cm³左右，從而可有效地提高比強度，降低工件重量；NiAl的導(dǎo)熱率大，為一般鎳基高溫合金的4～8倍，可使得熱端部件的溫度梯度減小，從而降低熱應(yīng)力，提高冷熱疲勞性能；此外，NiAl還具有優(yōu)異的抗氧化性能。但是NiAl的常溫塑性小于1％，斷裂韌性為高溫1000℃屈服強度為小于100MPa，嚴重的限制了其實用化的運用。

原位自生復(fù)合材料技術(shù)是解決材料室溫脆性和高溫強度問題的有效途徑之一。通過添加過渡族元素，如Cr、Mo、V、W等，可與NiAl形成偽二元共晶系，利用其內(nèi)生的難熔金屬相可使得強度提高、斷裂韌性增加。共晶組織的層片狀組織非常細小，層間距相距只有十分之幾至幾個微米，位錯的平均自由程很小，在相與相之間的釘扎導(dǎo)致Hall-Petch型強化；另外，共晶合金中的塑性相與NiAl脆性相中的裂紋能夠產(chǎn)生交互作用，直觀的表現(xiàn)為裂紋橋接，裂紋偏轉(zhuǎn)和裂紋鈍化，使得NiAl偽共晶合金的韌性得到提高。如NiAl-Cr(Mo)共晶的斷裂韌性為17～22MPa·m^1/2，其抗沖擊性能也好于AFN-12。但是，NiAl-Cr(Mo)雙相共晶金屬間化合物的高溫強度改善不大，仍然無法滿足新一代燃氣渦輪發(fā)動機在1150℃環(huán)境下的使用要求，進行進一步的成份設(shè)計和組織設(shè)計，是提高NiAl金屬間化合物綜合性能的有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種Zr改性的NiAl-Cr(Mo)雙相共晶金屬間化合物，通過在NiAl-Cr(Mo)雙相共晶合金的共晶點附近的成分范圍內(nèi)降低Al元素含量、添加Zr元素進行改性，以及Zr元素與NiAl形成Heusler(L21-Ni2AlZr)相，在室溫塑性和韌性較好的富Ni的NiAl-Cr(Mo)兩相組織的基礎(chǔ)上引入適當?shù)腍eusler相來進一步提高共晶合金的高溫強度和室溫塑性。以此開發(fā)出新型的低密度、高比強度的高溫1150℃結(jié)構(gòu)金屬間化合物，減輕結(jié)構(gòu)重量，提高效率，降低能源消耗，從而帶來巨大的社會和經(jīng)濟效益以及滿足新一代燃氣渦輪發(fā)動機用合金需達到承溫能力1150℃的要求。

本發(fā)明是一種Zr改性的NiAl-Cr(Mo)雙相共晶金屬間化合物，由純度99.999％的鎳(Ni)、純度99.999％的鋁(Al)、純度99.999％的鉻(Cr)、純度99.999％的鉬(Mo)以及純度99.999％的鋯(Zr)組成，成分范圍為33at％的Ni，30at％的Cr，4at％的Mo，1～13at％的Zr和余量的Al。

所述Zr改性的NiAl-Cr(Mo)雙相共晶金屬間化合物，可經(jīng)是33Ni-30Al-30Cr-4Mo-3Zr或者33Ni-28Al-30Cr-4Mo-5Zr或者33Ni-25Al-30Cr-4Mo-8Zr或者33Ni-20Al-30Cr-4Mo-10Zr。

本發(fā)明Zr改性的NiAl-Cr(Mo)雙相共晶金屬間化合物的優(yōu)點在于：

(1)在NiAl-Cr(Mo)雙相共晶合金的共晶點附近的成分范圍內(nèi)降低Al元素含量、添加Zr元素進行改性，以及Zr元素與NiAl形成Heusler(L21-Ni2AlZr)相，在室溫塑性和韌性較好的富Ni的NiAl-Cr(Mo)兩相組織的基礎(chǔ)上引入適當?shù)腍eusler相來進一步提高共晶合金的高溫強度，以此形成在室溫和高溫都具有較好綜合性能的新型結(jié)構(gòu)金屬間化合物。