[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

本發明提供一種提高碳納米材料增強鎳基高溫合金綜合性能的方法，屬于粉末冶金及高溫合金領域。針對碳納米材料增強鎳基高溫合金降低高溫抗氧化性能問題，本發明首次提出對碳納米材料表面包覆致密Ni層，解決碳納米材料易團聚、與基體界面結合差等導致的力學性能和高溫抗氧化性能差的問題；通過特定的球磨工藝，獲得碳納米材料均勻分散的混合粉末，實現碳納米材料的進一步均勻分散；通過放電等離子燒結(SPS)、熱等靜壓、熱壓、熱擠壓或熱鍛，或3D打印等粉末成形方法，制備得到碳納米材料增強René104鎳基復合材料，所制備的材料力學性能優異，同時具有優異高溫抗氧化性能，有效解決了碳納米材料增強金屬基復合材料無法作為高溫結構材料使用的難題。

技術領域

本發明提供一種提高碳納米材料增強鎳基高溫合金綜合性能的方法，屬于粉末冶金及高溫合金領域。

背景技術

鎳基高溫合金因其優異的抗拉強度、抗蠕變性能和高溫抗疲勞裂紋擴展性能而被廣泛用于制造航空發動機的關鍵熱端部件。新一代航空航天技術的飛速發展，對鎳基高溫合金綜合性能提出了更高的要求。碳納米材料(碳納米管/石墨烯/碳纖維)具有強度優異、導熱系數高、熱膨脹系數低等優點，是金屬基復合材料重要的增強體材料。

由于表面范德華力作用，碳納米材料容易團聚，很難在金屬基體中均勻分散；同時，碳納米材料與鎳基高溫合金的潤濕性差，增強體與基體的界面結合缺陷難以消除，嚴重降低鎳基高溫合金的高溫抗氧化性能，制約了碳納米材料增強鎳基高溫合金復合材料的應用。

針對上述問題，國內外進行了探索性的研究。中國專利(CN108588459A)公開了一種高強鎳基高溫合金的制備方法，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，對石墨球進行機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，制備得到高強鎳基高溫合金。所制備的高強鎳基高溫合金內部具有連續三維石墨烯空間網絡結構，在常溫及高溫下的力學性能大幅度提高。中國專利(CN107755668A)公開了一種制備增強鎳基高溫合金復合材料單晶葉片的方法，利用超細單晶鎳粉作為主要原材料，加入增強材料，根據高溫合金材料配方要求，加入其它超細難熔金屬粉末，成型后，通過電磁場約束誘導區域熔煉定向凝固再結晶的方法，制備石墨烯增強的鎳基高溫合金復合材料單晶渦輪葉片。以上專利沒有報道所制備合金的高溫抗氧化性能。

本發明提出對碳納米材料表面包覆致密Ni層，解決碳納米材料的易團聚、與基體界面結合差等導致的力學和高溫抗氧化性能差的問題；通過表面包覆致密鎳層，消除碳納米材料團聚現象、與基體界面結合缺陷，有效提高所制備復合材料力學性能的同時，解決因界面結合缺陷導致的高溫抗氧化性能差的問題；通過特定的球磨工藝，獲得碳納米材料均勻分散的片狀復合粉末，或球狀復合粉末，實現碳納米材料的進一步均勻分散，同時細化晶粒，提高力學性能；通過放電等離子燒結(SPS)、熱等靜壓、熱壓、熱擠壓或熱鍛，或3D打印等粉末成形方法，制備得到碳納米材料增強René104鎳基復合材料，所制備的材料力學性能優異，同時具有優異高溫抗氧化性能，有效解決了碳納米材料增強金屬基復合材料無法作為高溫結構材料使用的難題。

發明內容

本發明一種提高碳納米材料增強鎳基高溫合金綜合性能的方法，針對碳納米材料增強鎳基高溫合金降低高溫抗氧化性能問題，本發明首次提出對碳納米材料表面包覆致密Ni層，解決碳納米材料易團聚、與基體界面結合差等導致的力學性能和高溫抗氧化性能差的問題；通過特定的球磨工藝，獲得碳納米材料均勻分散的混合粉末，實現碳納米材料的進一步均勻分散；通過SPS、熱等靜壓、熱壓、熱擠壓或熱鍛，或3D打印等粉末成形方法，制備得到碳納米材料增強René104鎳基復合材料，所制備的材料力學性能優異，同時具有優異高溫抗氧化性能，有效解決了碳納米材料增強金屬基復合材料無法作為高溫結構材料使用的難題。

本發明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：所述表面包覆致密Ni層為化學鍍鎳，包括純化、敏化、活化和化學鍍等步驟，可以通過改變化學鍍鎳參數調整鍍鎳的量。