[發明專利]一種含碳化物與納米孿晶復合結構的鎳基合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202010122440.X
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN113308627A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 張勇;劉夢楠;蔣舟雯;張祖赫;袁圣云
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22F1/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國;鄒偉紅

1.一種含碳化物和納米孿晶復合結構的鎳基合金，其特征在于，該鎳基合金的表層的組織結構為納米孿晶和碳化物組成的復合結構，碳化物分布在納米孿晶結構上，使得該鎳基合金同時具有較高硬度和熱穩定性。

2. 如權利要求1所述的鎳基合金，其特征在于，所述的較高硬度是指該鎳基合金硬度不低于4 GPa。

3. 如權利要求1所述的鎳基合金，其特征在于，所述的熱穩定性是指500℃以上保溫1h，該鎳基合金的結構尺寸沒有超過100nm。

4. 如權利要求1所述的鎳基合金，其特征在于，復合結構中納米孿晶片層間距分布在15 - 50 nm，碳化物尺寸分布在5 - 50 nm，鎳基合金的表層的組織結構的厚度為 100 -300 μm。

5.如權利要求1-3任意一項所述的鎳基合金，其特征在于，所述鎳基合金的成分為按原子百分比(at.%)計量如下：Ni:59.50～64.0%，Cr:20.0～24.0%，W:13.0～15.0%，Mo:1.0～2.0%，Co:0.94～1.33%，Mn:0.3～1.0%，Si:0.25～0.75%，Al:0.2～0.5%，Fe:0.2～0.5%，C:0.05～0.15%，P:0.001～0.03%，S:0.001～0.015%。

6.一種制備如權利要求1-5任意一項所述的鎳基合金的方法，其特征在于，具體步驟如下：

（1）對待處理鎳基合金進行固溶處理得到結構均勻的單相鎳基合金；

（2）利用表面機械滾壓處理進行多道次處理上述單相鎳基合金，得到具有納米孿晶結構的鎳基合金；

（3）對步驟（2）中所得具有納米孿晶結構的鎳基合金進行時效處理，碳化物作為第二相析出，最終得到含碳化物和納米孿晶復合結構的鎳基合金，

其中，所述表面機械滾壓處理采用表面機械滾壓處理系統，所述的表面機械滾壓加工處理系統包括處理刀具和冷卻系統，通過高硬度刀具對結構均勻的單相鎳基合金進行機械滾壓處理，采用所述冷卻系統降低在表面機械滾壓過程中的溫度升高。

7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，固溶處理過程如下：在1220℃下固溶處理2h，水冷降溫至室溫。

8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，表面機械滾壓處理總道次為4道次。

9. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，鎳基合金為棒狀，所述表面機械滾壓處理的具體過程為：將鎳基合金繞自身軸向旋轉，處理刀具的硬質合金球和鎳基合金表面接觸，保持壓入一定深度，處理刀具進給，同時從鎳基合金的一端運動到另一端，這一過程即完成了一個道次處理；重復上述過程若干次后，在鎳基合金表面形成所述的納米孿晶結構；其中，所述硬質合金球在每道次處理中壓入鎳基合金表面的深度的大小，根據所需要的納米孿晶結構層厚度確定，其中，鎳基合金直徑為8-20 mm，長度為50-80 mm；鎳基合金繞自身軸向旋轉的轉速為100 -1000 r/min，進給速度為40 - 80 mm/min；每一道次的壓下深度為20 -80 μm。

10. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，時效處理溫度為600或700 ℃，時效處理時間為2h。