[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)鎳基高溫合金的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810311196.4
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108588459A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉馬寶;馬栓;石藍(lán);李昂;周仕琪
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C19/03;C22C32/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會俠

本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)鎳基高溫合金的制備方法，(1)將鎳基粉末與高純石墨球同時加入三維振動混粉機(jī)進(jìn)行三維振動混粉；(2)將三維振動混粉后的粉體進(jìn)行放電等離子體活化及致密化燒結(jié)；完成高強(qiáng)鎳基高溫合金的制備；本發(fā)明方法操作方便易行，采用三維振動混粉使鎳基粉末與高純石墨球間形成摩擦與剪切力，對石墨球進(jìn)行機(jī)械剝離的同時將剝離下來的單層或少層石墨烯均勻包覆在鎳基粉末上，再利用放電等離子體活化及致密化燒結(jié)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鎳基高溫合金的制備。制備出的高強(qiáng)鎳基高溫合金內(nèi)部具有連續(xù)三維石墨烯空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得材料的在常溫及高溫下的力學(xué)性能大幅度提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高溫合金材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)鎳基高溫合金的制備方法。

背景技術(shù)

鎳基高溫合金由于其較高的耐熱強(qiáng)度、良好的的塑性、抗高溫氧化和燃?xì)飧g力及長期組織穩(wěn)定性，在眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，比如航空發(fā)動機(jī)渦輪盤部件、核電水堆蒸汽發(fā)生器傳熱管、石油開采鉆具注射法、及煤電機(jī)組中的過熱器等。但隨著航空航天、核電、石油及電力等工業(yè)的迅速發(fā)展，對鎳基高溫合金的力學(xué)性能提出了更高的要求。

石墨烯由于其優(yōu)異的機(jī)械性能、電學(xué)性能和熱學(xué)性能，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就成為了各個領(lǐng)域研究的熱門材料，在眾多領(lǐng)域內(nèi)有著巨大的應(yīng)用潛力。近年來，一些研究者嘗試把石墨烯作為增強(qiáng)體加入到鎳基合金材料中，改善鎳基合金的力學(xué)性能。但由于石墨烯層與層之間強(qiáng)烈的π-π鍵和疏水作用力使得其極易團(tuán)聚，石墨烯的制備和在鎳基合金基體中的均勻分散帶來了困難，同時由于石墨烯與鎳基合金基體之間的潤濕性較差，導(dǎo)致界面結(jié)合的作用力也比較弱。因此，實(shí)現(xiàn)石墨烯改性鎳基合金的工業(yè)化制備及其商業(yè)應(yīng)用仍面臨巨大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供可用于石墨烯增強(qiáng)合金材料的一種高強(qiáng)鎳基高溫合金的制備方法，將用于制備高強(qiáng)鎳基高溫合金的鎳基粉末與高純石墨球混合加入三維振動混粉機(jī)，通過三維振動混粉使鎳基粉末與高純石墨球間產(chǎn)生摩擦與剪切力，對高純石墨球進(jìn)行機(jī)械剝離的同時將剝離下來的單層或少層石墨烯均勻包覆在鎳基粉末上，然后對三維振動混粉后的粉體進(jìn)行放電等離子體活化及致密化燒結(jié)；制備的高強(qiáng)鎳基合金內(nèi)部石墨烯相互交錯連接形成連續(xù)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得其在常溫及高溫下的機(jī)械強(qiáng)度大幅度提高；采用本發(fā)明提供的制備方法，簡單有效地解決了目前在石墨烯制備、石墨烯在鎳基粉末基體中的均勻分散以及石墨烯與鎳基粉末基體間的界面有效結(jié)合三個方面存在的重大問題，為石墨烯在高強(qiáng)鎳基高溫合金的制備及應(yīng)用提供了簡便有效的方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種高強(qiáng)鎳基高溫合金的制備方法，具體步驟如下：

步驟1：

①稱取質(zhì)量為m的鎳基粉末與高純石墨球加入三維振動混粉機(jī)，利用三維振動混粉機(jī)對鎳基粉末與高純石墨球的混合物進(jìn)行三維振動混粉，通過三維振動混粉使鎳基粉末與高純石墨球間產(chǎn)生摩擦與剪切力，對高純石墨球進(jìn)行機(jī)械剝離的同時將剝離下來的單層或少層石墨烯均勻包覆在鎳基粉末上；鎳基粉末與高純石墨球的初始加入量之比為0.1:1～10:1，振動頻率為20～60Hz，振動時間為0.5h～8h；

②混粉結(jié)束后，將高純石墨球取出，稱量高純石墨球的質(zhì)量，通過調(diào)整三維振動混粉的振動頻率和混粉時間來控制高純石墨加入量m₀，其中，m和m₀的定量關(guān)系按照所需包覆石墨烯層數(shù)的要求利用比表面積進(jìn)行定量計算；

步驟2：

將三維振動混粉后的粉體加入到模具中，置入活化燒結(jié)爐中進(jìn)行活化及致密化燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1100～1250℃，升溫速率為50～200℃/min，燒結(jié)壓力為25MPa～50MPa，保溫時間為5～30min，燒結(jié)結(jié)束即得到高強(qiáng)鎳基高溫合金；制備的高強(qiáng)鎳基合金內(nèi)部石墨烯相互交錯連接形成連續(xù)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得其在常溫及高溫下的機(jī)械強(qiáng)度大幅度提高。

優(yōu)選地，所述鎳基粉末為鎳粉或鎳合金粉。