[發明專利]一種具有納米結構和γ`相復合結構的鎳基合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202010122447.1
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN113308654B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 張勇;吳豪;袁圣云;姜智浩;馮天
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10;C22C19/05;C22C30/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國;鄒偉紅

本發明公開了一種具有納米結構和γ'相復合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。該鎳基合金表層的組織含有尺寸被細化的γ'相，所述缺陷為層錯，孿晶和納米晶，且γ'相尺寸被細化的程度不一樣。該方法是先后利用不同道次的表面機械滾壓處理含γ'相的鎳基合金，從而在鎳基合金表層制備不同細化程度的γ'相，所述γ'相元素富集區域尺寸分布在13~40 nm，該結構的微觀硬度在5.4~6.8 GPa之間，微觀硬度是表面處理前鎳基合金的1.1~1.4倍，不僅從整體上提高了鎳基合金的強度，還可以得到符合不同強度要求的鎳基合金。

技術領域

本發明涉及納米結構金屬材料技術領域，具體涉及一種具有納米結構和γ'相復合結構的鎳基合金及其制備方法。

背景技術

鎳基合金被廣泛應用于航空航天發動機，交通運輸，石油化工和核工業等諸多領域。鎳基合金中存在的主要相結構有γ相、γ'相和碳化物等，人們通過在合金中添加不同類型及濃度的強化元素，來試圖提高合金的強度，這些合金元素一般起到固溶強化、第二相強化和晶界強化等作用，但可能會造成合金物理化學性質的改變。除此以外，人們還試圖通過對鎳基合金進行塑性變形處理，在合金體系中引入各類缺陷結構來提高合金的強度，但難以避免的是要犧牲合金的塑性及熱穩定性。

文獻Zhang HW, Huang X, Hansen N. Evolution of microstructuralparameters and flow stresses toward limits in nickel deformed to ultra-highstrains[J]. Acta Materialia, 2008, 56(19): 5451-5465.中Zhang HW等人利用高壓扭轉 (High Pressure Torsion) 工藝處理純鎳，細化后的晶粒尺寸為50 – 100 nm，材料的硬度達到3.6 GPa。

文獻Luo ZP, Zhang HW, Hansen N, Lu K. Quantification of themicrostructure of high purity nickel subjected to dynamic plastic deformation[J]. Acta Materialia, 2012, 60(3):1322-1333.中Luo ZP等人利用動態塑性變形(Dynamic Plastic Deformation) 工藝處理純鎳，應變速率達到10²– 10³ s^-1，晶粒得以顯著細化，處理后材料的硬度達到2.9 GPa。

文獻Liao ZR, Polyakov M, Diaz O G, et al. Grain refinement mechanismof nickel-based superalloy by severe plastic deformation-Mechanical machiningcase[J]. Acta Materialia, 2019, 180:2–14.中提到Liao ZR等人利用機械加工(Mechanical Machining) 工藝處理S135H鎳基合金，在樣品表層得到厚度為~ 3 – 4 μm的“白層”，這一區域原本尺寸為~ 3 μm的大γ'相發生部分溶解，原本尺寸為 ~ 400 nm和20nm的小γ'相發生全部溶解，該材料的微觀硬度約為6.2 GPa。該方法處理后的鎳基合金表層強度較高，但是表層厚度過淺，且難以控制該區域γ'相溶解于基體的程度。

基于塑性變形技術可以在純鎳及鎳基合金上細化晶粒，進而提高材料的強度。但往往隨之帶來材料變形程度不夠或難以調控，強度的提升要以犧牲塑性作為代價等弊端。例如軋制、激光脈沖沖擊、表面機械研磨處理和表面機械碾壓處理等技術，在處理方法存在一定的缺陷，包括低處理效率、低能量利用率、處理層結構不均勻和較高的表面粗糙度，這在一定程度上阻礙了各類金屬材料的推廣和應用。

發明內容