一种航空用高强度纳米合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种航空用高强度纳米合金及其制备方法，原料为：铁、铝、铬、锰、钼、二茂铁、硅、金属镍、铌、锆、钛、碳、铜和纯钒；产品强韧，弹性模量196‑200GPa；耐磨性和弹性优良，抗拉强度1600‑1650MPa；内部缺陷小，杂质含量低，硬度400‑500HB；延伸率14‑18%，可以在各种极端环境下广泛使用，在高温环境下长期工作不易疲劳，可以广泛生产并不断代替现有材料。

【技术实现步骤摘要】
一种航空用高强度纳米合金及其制备方法
本专利技术涉及合金材料
，尤其涉及一种航空用高强度纳米合金及其制备方法。
技术介绍
在航空制造发展的过程中，材料的更新换代呈现出高速的更迭变换，材料和飞机一直在相互推动下不断发展。“一代材料，一代飞机”正是世界航空发展史的一个真实写照。预计全球客机数量年均增长率为3.6%，到2029年，全球客机数量将近35000架。未来几年中国飞机制造行业对航空材料的需求将迅速增长。根据中国航空工业第一集团公司预测，到2025年，国内航空运输飞机拥有量将达到3900架，其中大型客机将达2000架。这将使中国成为仅次于美国的全球第二大航空市场。未来20年，亚太地区将继续在全球空运市场中占主导地位，亚太地区航空公司运营的专用货机机队将增长4倍，达到1056架的规模。另外在发展太空探索科技领域，对航空材料的需求也在增加。合金，是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。根据组成元素的数目，可分为二元合金、三元合金和多元合金。合金的生成常会改善元素单质的性质，例如，钢的强度大于其主要组成元素铁。合金的物理性质，例如密度、反应性、杨氏模量、导电性和导热性可能与合金的组成元素尚有类似之处，但是合金的抗拉强度和抗剪强度却通常与组成元素的性质有很大不同。这是由于合金与单质中的原子排列有很大差异。少量的某种元素可能会对合金的性质造成很大的影响。不同于纯净金属的是，多数合金没有固定的熔点，温度处在熔化温度范围间时，混合物为固液并存状态。因此可以说，合金的熔点比组分金属低。钢铁是铁与C、Si、Mn、P、S以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。随着社会的发展，航空材料应用的越来越广泛，随之带来的是航空合金材料的短缺，和合金材料强度低、抗拉强度低和延伸率低等问题的彰显，设计一种高强度的航空合金材料是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术提供一种航空用高强度纳米合金及其制备方法，解决现有合金材料强度低、抗拉强度低、延伸率低和硬度低等技术问题。本专利技术采用以下技术方案：一种航空用高强度纳米合金，其原料按质量份数配比如下：铁100份，铝35-75份，铬15-35份，锰1-5份，钼0.5-4.5份，二茂铁0.4-0.8份，硅为2-8份，金属镍0.5-2.5份，铌12-16份，锆0.5-4.5份，钛3-7份，碳1-20份，铜6-10份，纯钒11-15份。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述航空用高强度纳米合金的原料按质量份数配比如下：铁100份，铝35份，铬15份，锰1份，钼0.5份，二茂铁0.4份，硅为2份，金属镍0.5份，铌12份，锆0.5份，钛3份，碳1份，铜6份，纯钒11份。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述航空用高强度纳米合金的原料按质量份数配比如下：铁100份，铝75份，铬35份，锰5份，钼4.5份，二茂铁0.8份，硅为8份，金属镍2.5份，铌16份，锆4.5份，钛7份，碳20份，铜10份，纯钒15份。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述航空用高强度纳米合金的原料按质量份数配比如下：铁100份，铝45份，铬20份，锰2份，钼1.5份，二茂铁0.5份，硅为3份，金属镍1份，铌13份，锆1.5份，钛4份，碳5份，铜7份，纯钒12份。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述航空用高强度纳米合金的原料按质量份数配比如下：铁100份，铝65份，铬30份，锰4份，钼3.5份，二茂铁0.7份，硅为7份，金属镍2份，铌15份，锆3.5份，钛6份，碳15份，铜9份，纯钒14份。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述航空用高强度纳米合金的原料按质量份数配比如下：铁100份，铝55份，铬25份，锰3份，钼2.5份，二茂铁0.6份，硅为5份，金属镍1.5份，铌14份，锆2.5份，钛5份，碳10份，铜8份，纯钒13份。一种制备所述的航空用高强度纳米合金的方法，步骤为：第一步：按照质量份数配比称取铁、铝、铬、锰、钼、二茂铁、硅、金属镍、铌、锆、钛、碳、铜和纯钒；第二步：将铁、铝、铬、二茂铁和纯钒投入熔炼炉中，升温至1300-1400℃，恒温10-30min；第三步：加入剩余原料，升温至1400-1600℃，熔炼20-40min；第四步：将合金液体浇注至模具当中，待成型之后取下模具将材料放置到厢式退火炉中进行回火，然后加工成产品。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述第二步的熔炼压力为0.1-20Pa。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述第三步的熔炼压力为1-20Pa。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述第四步回火温度为900-1000℃，时间为2-3h。有益效果本专利技术所述一种航空用高强度纳米合金及其制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、产品强韧，弹性模量196-200GPa；2、耐磨性和弹性优良，抗拉强度1600-1650MPa；3、内部缺陷小，杂质含量低，硬度400-500HB；4、延伸率14-18%，可以在各种极端环境下广泛使用，在高温环境下长期工作不易疲劳，可以广泛生产并不断代替现有材料。具体实施方式以下结合实例对本专利技术作进一步的描述，实施例仅用于对本专利技术进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本专利技术权利要求范围内。实施例1：第一步：按照质量份数配比称取铁100份，铝35份，铬15份，锰1份，钼0.5份，二茂铁0.4份，硅为2份，金属镍0.5份，铌12份，锆0.5份，钛3份，碳1份，铜6份，纯钒11份。第二步：将铁、铝、铬、二茂铁和纯钒投入熔炼炉中，升温至1300℃，熔炼压力为0.1Pa，恒温10min。第三步：加入剩余原料，升温至1400℃，熔炼压力为1Pa，熔炼20min；将合金液体浇注至模具当中，待成型之后取下模具将材料放置到厢式退火炉中进行回火，回火温度为900℃，时间为2h，然后加工成产品。产品强韧，弹性模量196GPa；耐磨性和弹性优良，抗拉强度1600MPa；内部缺陷小，杂质含量低，硬度400HB；延伸率14%，可以在各种极端环境下广泛使用，在高温环境下长期工作不易疲劳，可以广泛生产并不断代替现有材料。实施例2：第一步：按照质量份数配比称取铁100份，铝75份，铬35份，锰5份，钼4.5份，二茂铁0.8份，硅为8份，金属镍2.5份，铌16份，锆4.5份，钛7份，碳20份，铜10份，纯钒15份。第二步：将铁、铝、铬、二茂铁和纯钒投入熔炼炉中，升温至1400℃，熔炼压力为20Pa，恒温30min。第三步：加入剩余原料，升温至1600℃，熔炼压力为20Pa，熔炼40min；将合金液体浇注至模具当中，待成型之后取下模具将材料放置到厢式退火炉中进行回火，回火温度为1000℃，时间为3h，然后加工成产品。产品强韧，弹性模量197GPa；耐磨性和弹性优良，抗拉强度1620MPa；内部缺陷小，杂质含量低，硬度430HB；延伸率15%，可以在各种极端环境下广泛使用，在高温环境下长期工作不易疲劳，可以广泛生产并不断代替现有材料。实施例3：第一步：按照质量份数配比称取铁100份，铝45份，铬20份，锰2份，钼1.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航空用高强度纳米合金，其特征在于，所述航空用高强度纳米合金的原料按质量份数配比如下：铁100份，铝35‑75份，铬15‑35份，锰1‑5份，钼0.5‑4.5份，二茂铁0.4‑0.8份，硅为2‑8份，金属镍0.5‑2.5份，铌12‑16份，锆0.5‑4.5份，钛3‑7份，碳1‑20份，铜6‑10份，纯钒11‑15份。

【技术特征摘要】
1.一种航空用高强度纳米合金，其特征在于，所述航空用高强度纳米合金的原料按质量份数配比如下：铁100份，铝35-75份，铬15-35份，锰1-5份，钼0.5-4.5份，二茂铁0.4-0.8份，硅为2-8份，金属镍0.5-2.5份，铌12-16份，锆0.5-4.5份，钛3-7份，碳1-20份，铜6-10份，纯钒11-15份。2.根据权利要求1所述的一种航空用高强度纳米合金，其特征在于，所述航空用高强度纳米合金的原料按质量份数配比如下：铁100份，铝35份，铬15份，锰1份，钼0.5份，二茂铁0.4份，硅为2份，金属镍0.5份，铌12份，锆0.5份，钛3份，碳1份，铜6份，纯钒11份。3.根据权利要求1所述的一种航空用高强度纳米合金，其特征在于：所述航空用高强度纳米合金的原料按质量份数配比如下：铁100份，铝75份，铬35份，锰5份，钼4.5份，二茂铁0.8份，硅为8份，金属镍2.5份，铌16份，锆4.5份，钛7份，碳20份，铜10份，纯钒15份。4.根据权利要求1所述的一种航空用高强度纳米合金，其特征在于：所述航空用高强度纳米合金的原料按质量份数配比如下：铁100份，铝45份，铬20份，锰2份，钼1.5份，二茂铁0.5份，硅为3份，金属镍1份，铌13份，锆1.5份，钛4份，碳5份，铜7份，纯钒12份。5.根据权利要求1所述的一种航空用高强度纳米合金，其特征在于：所述航空用高强度纳米合金的原...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维根，
申请(专利权)人：南京悠谷知识产权服务有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32