[發明專利]一種高強度塊體納米結構的鎳基合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202010122441.4
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN113308628B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 張勇;戚月;安心來;蔣舟雯;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

本發明提供了一種高強度塊體納米結構的鎳基合金及其制備方法，涉及納米結構金屬材料技術領域。本發明利用傳統雙輥軋機對低層錯能面心立方鎳基合金進行逐道次軋制處理，通過調控軋制道次以及每道次下壓量精確地控制軋制變形量，隨著軋制變形量增加，被處理的鎳基合金的微觀結構中觀察到位錯、層錯、納米孿晶和納米晶。當軋制變形量超過40%，被處理的鎳基合金中微觀結構尺寸達到納米量級，以納米孿晶或納米晶為主，且其中布滿位錯和層錯，處理后的鎳基合金的屈服強度達到1000~1500MPa，是未處理鎳基合金屈服強度的3.2~4.8倍。該方法操作簡單，對設備要求低，成本低，生產效率高，容易實現工業化生產，處理后的鎳基合金為高強度塊體納米結構。

技術領域

本發明涉及納米結構金屬材料技術領域，具體涉及一種高強度塊體納米結構的鎳基合金及其制備方法。

背景技術

鎳基高溫合金是一種極為重要的高溫結構材料，該合金具有良好高溫強度、優良的抗氧化和耐腐蝕性能以及較好的熱穩定性，被應用于包括航空發動機葉片在內的眾多領域。但是其強度相對較低，使其抗初次碰撞能力減弱，降低了防護能力，制約了其廣泛應用。而且，隨著航空航天和發電行業的快速發展，對鎳基合金材料的強度提出了新的、更高的要求。優化其結構進而提升性能受到了廣泛的關注，其中細化晶粒是提高性能的有效辦法之一。

納米結構金屬材料由于其優異性能，成為材料科學研究的熱點。目前，塑性變形技術由于簡單高效，適用范圍廣，是制備納米金屬材料的主要方法之一。其基本原理是通過塑性變形引入位錯和界面顯著細化材料晶粒。然而，塑性變形誘導晶粒細化效果與變形方式及材料屬性密切相關。從目前的研究情況來看，主要有以下不足：1、制備技術或制備工藝復雜，成本較高。2、大部分技術都集中在粉末/表面/薄膜樣品，樣品外形尺寸使研究和應用受到極大的限制。3、制備過程中常常會引入孔隙等缺陷，嚴重降低材料性能。4、變形誘導晶粒細化效果與變形方式及材料屬性密切相關，在以位錯滑移為主導變形機制的高層錯能金屬材料（如Ni，Fe，Al及其合金）體系中，由于微觀結構的穩定性隨結構尺寸的減小而降低，晶粒細化至亞微米尺度（100~300nm）時趨于飽和，進一步增加應變晶粒不再細化，存在一個晶粒尺寸極限。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種具有高強度塊體納米結構的鎳基合金及其制備方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種高強度塊體納米結構的鎳基合金，該鎳基合金是一種低層錯能面心立方高溫合金，微觀結構以納米孿晶或納米晶為主，其中布滿位錯和層錯，屈服強度達到1000~1500MPa。

較佳的，該鎳基合金中孿晶與基體組成的片層的厚度或者納米晶的尺寸在5~50nm。

較佳的，鎳基合金中化學元素按原子百分比(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%。

一種制備上述高強度塊體納米結構的鎳基合金的方法，具體步驟如下：

（1）對待處理的鎳基合金進行固溶處理并通過水冷得到結構均勻、無大量碳化物析出的單相鎳基合金；

（2）調整軋輥間距至小于待處理的單相鎳基合金的厚度，軋輥間距與待處理的單相鎳基合金厚度的差值稱為軋制下壓量；

（3）將待處理的單相鎳基合金通過軋輥間隙進行軋制處理；

（4）重復步驟（2）~（3），對待處理的單相鎳基合金進行連續逐道次軋制處理，直至變形量超過40%。

較佳的，步驟（1）中，待處理的鎳基合金的形狀為板狀或塊狀，其厚度不超過軋輥的最大間距，軋制表面為平面。