[發明專利]一種提高碳納米材料增強鎳基高溫合金綜合性能的方法

在審

• 申請號: 202010891037.3
• 申請日: 2020-08-30
• 公開（公告）號: CN112008087A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 劉祖銘;魏冰;農必重;呂學謙;任亞科;曹鑌;艾永康
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;B22F3/105;B22F1/00;B22F1/02;C22C1/05;C22C1/10;C23C18/36;C23C18/18;B82Y30/00;B82Y40/00;B33Y70/10
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

1.一種提高碳納米材料增強鎳基高溫合金綜合性能的方法，其特征在于：所述方法包括下述步驟：

步驟一：球磨混粉

按質量比，表面包覆有致密Ni層的碳納米材料：Ni基高溫合金粉末＝0.5∶99.5-1.5∶98.5；將表面包覆有致密Ni層的碳納米材料與Ni基高溫合金粉末進行球磨、均勻混合，得到片狀復合粉末；

步驟二：粉末成形

對步驟一所得混合粉末進行放電等離子燒結(SPS)，得到產品；所述SPS工藝參數為：壓力30-50MPa，燒結溫度為950-1150℃，燒結時間為5-30min；

所述的粉末成形方法還可以是熱等靜壓，或熱壓，或熱擠壓，或熱鍛成形中的一種。

或所述方法包括下述步驟：

步驟A：球磨混粉

按質量比，表面包覆有致密Ni層的碳納米材料：球狀Ni基高溫合金粉末＝1∶99-3∶97；將表面包覆有致密Ni層的碳納米材料與Ni基高溫合金粉末進行球磨、均勻混合，得到球狀復合粉末；

步驟B：粉末成形

對步驟A所得混合粉末進行3D打印，得到產品；

所述3D打印可以是選區激光熔融(SLM)，或電子束熔化(EBM)，或同軸送粉激光成形(LENS)中的一種。

2.根據權利要求1所述的一種提高碳納米材料增強鎳基高溫合金綜合性能的方法，其特征在于：步驟一中，按質量比，表面包覆有致密Ni層的碳納米材料：Ni基高溫合金粉＝0.5∶99.5-1.5∶98.5；將表面包覆有致密Ni層的碳納米材料與Ni基高溫合金粉末置于球磨機中，控制球磨參數為：球料質量比為5∶1-10∶1，無水乙醇作為球磨介質，轉速為150-250r/min，時間5-15h；在完成片狀化的同時，實現均勻混合；得到片狀混合粉末。

3.根據權利要求1所述的一種提高碳納米材料增強鎳基高溫合金綜合性能的方法，其特征在于：步驟A中，按質量比，表面包覆有致密Ni層的碳納米材料：Ni基高溫合金粉末＝1∶99-3∶97；將表面包覆有致密Ni層的碳納米材料與Ni基高溫合金粉末置于球磨機中，控制球磨參數為：球料質量比為1∶1-5∶1，無水乙醇作為球磨介質，轉速為100-200r/min，時間2-8h；在確保不改變粉末球形度的條件下，實現均勻混合；得到球形混合粉末。

4.根據權利要求1所述的一種提高碳納米材料增強鎳基高溫合金綜合性能的方法，其特征在于：表面包覆有致密Ni層的碳納米材料中Ni的含量為60-90wt.％。

5.根據權利要求1所述的一種提高碳納米材料增強鎳基高溫合金綜合性能的方法，其特征在于：所述碳納米材料選自碳納米管、石墨烯、碳纖維中的至少一種。

6.根據權利要求1所述的一種提高碳納米材料增強鎳基高溫合金綜合性能的方法，其特征在于：所述碳納米材料為多壁碳納米管；所述多壁碳納米管的純度大于95％，直徑10～30nm，長度10～30μm。

7.根據權利要求1所述的一種提高碳納米材料增強鎳基高溫合金綜合性能的方法，其特征在于：所述表面包覆有致密Ni層的碳納米材料，其包覆方法為化學鍍鎳、氣相沉積、磁控濺射中的一種。

8.根據權利要求1所述的一種提高碳納米材料增強鎳基高溫合金綜合性能的方法，其特征在于：當混合粉末中，表面包覆有致密Ni層的碳納米材料的質量百分含量為1％時，采用SPS制備的鍍鎳碳納米管增強鎳基高溫合金復合材料塊體的致密度為99.3％，顯微硬度和抗拉強度分別為594HV_0.2和1823MPa。

9.根據權利要求8所述的一種提高碳納米材料增強鎳基高溫合金綜合性能的方法，其特征在于：依據HB5258-83測試材料的高溫氧化性能，SPS制備的鍍鎳碳納米管增強鎳基高溫合金復合材料塊體在空氣中經800℃等溫氧化125h后，氧化層致密，氧化層厚度為1.8-2.5μm，氧化增重為1.1-1.3mg/cm²。

10.根據權利要求1所述的一種提高碳納米材料增強鎳基高溫合金綜合性能的方法，其特征在于：3D打印制備的鍍鎳碳納米管增強鎳基高溫合金復合材料塊體的致密度為99.1％，顯微硬度和抗拉強度分別為608HV_0.2和1792MPa。