[發(fā)明專利]一種制備組織熱穩(wěn)定性優(yōu)良的鎳鋁鉻鉬共晶合金的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611139463.1
• 申請(qǐng)日: 2016-12-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106480351B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王雷;張?jiān)迄i;郭嵐嵐;許恒新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C30/00
• 分類號(hào): C22C30/00;C22C1/02;B22D27/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所61214
• 代理人: 寧文濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鎳鋁基共晶合金及其制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備組織熱穩(wěn)定性優(yōu)良的鎳鋁鉻鉬共晶合金的方法。

背景技術(shù)

金屬間化合物因其優(yōu)異的性能被認(rèn)為是下一代高溫結(jié)構(gòu)材料，如TiAl、NiAl、Ni₃Al和FeAl等，其中NiAl及以其為基體的共晶合金具有熔點(diǎn)高、密度低、導(dǎo)熱性好和優(yōu)異的抗氧化性能等優(yōu)點(diǎn)，如NiAl-Cr(Mo)共晶合金的熔點(diǎn)達(dá)1450℃，較一般鎳基高溫合金的初熔溫度高190℃；密度為6.27g/cm³，僅為一般鎳基高溫合金的70％；導(dǎo)熱率大，在100～1200℃溫度范圍為29～47W/m·k，是一般鎳基高溫合金的2-4倍，且在1000～1200℃溫度范圍均屬于抗氧化級(jí)。因此，NiAl及以其為基體的共晶合金有望成為替代鎳基高溫合金應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的新一代理想的高溫結(jié)構(gòu)材料。

美國(guó)GE公司研制的NiAl單晶合金(AFN-20)性能優(yōu)異，用于制作航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片，并已順利通過(guò)地面試車。近年來(lái)科研人員對(duì)NiAl合金做了大量的研究以進(jìn)一步提高合金性能，如美國(guó)田納西大學(xué)、NASA和洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等大學(xué)和機(jī)構(gòu)以合金化的方式向NiAl合金中引入強(qiáng)化第二相，形成了NiAl-Cr和NiAl-Mo棒狀共晶合金以及NiAl-Cr(Mo)、NiAl-V、NiAl-Nb和NiAl-Ta層片共晶合金。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)NiAl-Cr(Mo)共晶合金具有較好的綜合性能，有可能應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件，但是中科院金屬研究所盛立遠(yuǎn)、郭建亭等人研究發(fā)現(xiàn)，快速凝固制備的NiAl-Cr(Mo)共晶合金的層片組織細(xì)小，在高溫環(huán)境下易發(fā)生粗化，而且西北工業(yè)大學(xué)王雷等人也發(fā)現(xiàn)，NiAl-Cr(Mo)共晶合金高溫?zé)崽幚砗螅霈F(xiàn)層片粗化以及局部溶解等不穩(wěn)定現(xiàn)象，由此可見(jiàn)該合金的高溫組織穩(wěn)定性較差。

高溫環(huán)境下層片共晶合金組織穩(wěn)定性差的主要原因是，層片間距較小，易于原子的擴(kuò)散，且單位體積內(nèi)總界面面積大，界面自由能大，即粗化驅(qū)動(dòng)力大，組織容易發(fā)生粗化甚至球化，因而組織的熱穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種制備具有優(yōu)良熱穩(wěn)定性組織的NiAl-Cr(Mo)共晶合金的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)制備的NiAl-Cr(Mo)共晶合金組織熱穩(wěn)定性差所導(dǎo)致的性能不穩(wěn)定、高溫強(qiáng)度顯著降低、合金使用壽命縮減等問(wèn)題，通過(guò)該方法制備的合金的組織熱穩(wěn)定性顯著提高，從而提升了該合金的綜合性能，進(jìn)而有可能應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種制備組織熱穩(wěn)定性優(yōu)良的鎳鋁鉻鉬共晶合金的方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1，原料配比；

步驟2，對(duì)金屬原料進(jìn)行前處理；

步驟3，在熔煉前對(duì)Al和Cr進(jìn)行質(zhì)量補(bǔ)償；

步驟4，熔煉；

步驟5，進(jìn)行定向凝固處理。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

所述的步驟1具體為：選用純度為99.9～99.96wt％的Ni塊、99.9～99.99wt％的高純Al棒、99.7～99.9wt％的Cr片、99.9～99.95wt％的Mo絲，按照33Ni-33Al-(34-x)Cr-x Mo(2≤x≤8)的原子百分比的成分進(jìn)行配比。

步驟2具體為：對(duì)Mo絲和Ni塊進(jìn)行打磨，并對(duì)Al棒進(jìn)行酸洗，去掉原材料表面的氧化皮。

步驟3具體為：對(duì)Al質(zhì)量需補(bǔ)償2.9～3.1wt％，Cr質(zhì)量需補(bǔ)償0.45～0.55wt％。

步驟4具體為：將待熔煉的金屬原料放入熔煉設(shè)備中，并將爐腔的真空度抽到6×10^-3Pa以上并充入高純氬氣；然后進(jìn)行熔煉后澆鑄成母合金；所述的熔煉設(shè)備為高真空非自耗感應(yīng)熔煉爐。

步驟4中進(jìn)行熔煉步驟時(shí)的熔煉參數(shù)為：熔煉溫度為1650～1750℃，熔煉時(shí)間為10～15min。

步驟5具體為：將母合金進(jìn)行切割后放入剛玉坩堝內(nèi)，然后將剛玉坩堝固定在定向凝固爐的結(jié)晶器上；將定向凝固爐膛抽真空并往爐膛內(nèi)充入高純氬氣，升溫至1600～1700℃，保溫20～30min后，在該溫度下進(jìn)行抽拉，制備出具有優(yōu)良熱穩(wěn)定性組織的NiAl-Cr(Mo)共晶合金。

抽真空的具體要求為，抽真空至6.6×10^-3Pa以上。

抽拉速率為0μm/s<V_抽≤3.5μm/s。