一种高温合金及其制备方法技术

本发明专利技术是关于一种高温合金及其制备方法，涉及高温合金技术领域。主要采用的技术方案为：一种高温合金，以重量百分含量计，包括以下成分：碳0‑0.18wt％、铬0‑5.6wt％、铝5.6‑6.8wt％、钴8‑10.0wt％、钼0.8‑1.4wt％、钨7.7‑9.3wt％、铌1.4‑1.8wt％、钽3.5‑4.5wt％、铼3.5‑4.5wt％、钌0‑3.5wt％、氧0‑0.002wt％、氮0‑0.002wt％、余量为镍。本发明专利技术主要用于优化高温合金的成分及含量，确保高温合金的高温强度。本发明专利技术提供的高温合金的制备方法在合金冶炼过程中能自动发气，实现脱氧脱氮，且利于夹杂物的上浮与排除，从而能以较低的成本实现高纯净化的高温合金的制备。

A kind of superalloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高温合金及其制备方法
本专利技术涉及一种高温合金
，特别是涉及一种高温合金及其制备方法。
技术介绍
单晶高温合金广泛应用于航空、航天、能源、核工业、石化等领域，是国防武器装备和国民经济建设不可或缺的关键结构材料。随着航空发动机涡轮进气口温度的升高，Re、Ru等稀贵金属元素被添加入单晶高温合金中，以提高单晶高温合金的承温能力。现有技术中，高温合金中添加Re、Ru等稀贵金属元素后，一般会限制C元素的添加，因为C元素超过一定范围易于降低合金的熔点。但是，C元素被限制添加后，合金的强度会降低，且C元素作为脱氧剂的作用将无法发挥，使得高纯净高温合金的制备变得非常困难，工业化生产则会大幅提高生产成本。另外，有研究人员采用氧化钙坩埚来制备高纯高温合金材料，但是，该方法至少存在氧化钙坩埚成本高、存处困难、大尺寸工业化的氧化钙坩埚制备困难等问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种高温合金及其制备方法，主要目的在于优化高温合金的成分及含量，确保高温合金在高温下的强度。进一步地，本专利技术提供的制备方法在合金的冶炼过程中能自动发气，实现脱氧脱氮及利于杂质的上浮与排除，从而能以较低的成本实现高纯净化的高温合金的制备。为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：一方面，本专利技术的实施例提供一种高温合金，其中，以重量百分含量计，所述高温合金包括以下成分：碳0-0.18wt％、铬0-5.6wt％、铝5.6-6.8wt％、钴8-10.0wt％、钼0.8-1.4wt％、钨7.7-9.3wt％、铌1.4-1.8wt％、钽3.5-4.5wt％、铼3.5-4.5wt％、钌0-3.5wt％、氧0-0.002wt％、氮0-0.002wt％、余量为镍。优选的，所述高温合金为单晶高温合金。另一方面，本专利技术实施例还提供一种上述高温合金的制备方法，其中，包括如下步骤：制备双层坩埚：在坩埚本体的内部堆垛多个坩埚内层模块，且多个坩埚内层模块组成可拆卸的坩埚内层，得到双层坩埚；其中，所述坩埚内层模块的制备原料包括在高温下能释放出气体的自发气材料；冶炼步骤：将冶炼高温合金的原料放置在所述双层坩埚中进行冶炼处理，得到合金液；后处理步骤，对所述合金液进行后处理，得到高温合金。优选的，所述自发气材料为碳酸钙、碳化钙中的一种或两种的混合物；优选的，所述坩埚内层模块中，所述自发气材料的含量大于90wt％。优选的，所述自发气材料的粒度为400μm-2.0mm；优选的，所述自发气材料包括第一自发气材料和第二自发气材料；其中，所述第一自发气材料的粒度为400-405μm、所述第二自发气材料的粒度大于405μm、不超过2mm；其中，在所述自发气材料中，所述第一自发气材料的含量不超过10wt％。优选的，所述坩埚内层模块的成分还包括添加剂；其中，所述添加剂选用能够降低烧结温度的材料；优选的，所述添加剂选用氧化铝颗粒、氧化镁颗粒中的一种或两种；进一步优选的，所述氧化铝颗粒、氧化镁颗粒的粒度为纳米级；优选的，所述坩埚内层模块中，所述添加剂的含量为1-5wt％。优选的，所述坩埚内层模块由以下步骤制成：1)将分散剂或有机树脂、自发气材料、添加剂混合后，得到混合物；2)将所述混合物放入模具内，在设定压力下保持设定时间后，得到预制块；3)对所述预制块进行烧结处理，得到述坩埚内层模块；优选的，在所述步骤1)中，所述分散剂或有机树脂的用量为所述混合物质量的2-10wt％；优选的，所述分散剂为无水乙醇或甲醇；优选的，在所述步骤2)中，所述设定压力为0.5～1MPa，所述设定时间为1-10min；优选的，所述步骤3)在马弗炉中进行。优选的，在所述步骤3)中，所述烧结处理的温度为800-1000℃，烧结时间为1-5小时。优选的，所述冶炼步骤包括：将冶炼高温合金的原料放入到所述双层坩埚中，进行抽真空、加热处理，待原料化清后，在设定温度下进行精炼处理，得到合金液；优选的，设定温度为1550-1580℃，精炼处理的时间为5-15分钟。优选的，所述后处理步骤包括：浇注步骤：将冶炼后的合金液浇注到模管中，得到高温合金母合金。优选的，在所述浇注步骤之后，还包括：定向凝固处理步骤：在真空定向炉中对所述高温合金母合金进行定向凝固处理，得到高温合金。与现有技术相比，本专利技术的高温合金及其制备方法至少具有下列有益效果：一方面，本专利技术实施例通过对高温合金的成分及含量进行了优化设计，来确保高温合金的高温力学性能。本专利技术提供高温合金的各个成分的协同作用能确保高温合金的高温力学性能。具体地，当Ru、C、Cr的含量为零时，其他元素的含量则偏向上限，铝、钴、钼、钨、铌、钽、铼之间会发生协同作用提高合金的高温强度。尤其是5.6-6.8wt％含量的Al元素，通过提高强化相的体积分数，降低基体通道宽度，改变位错运动及分解的机理来确保高温合金的力学性能。进一步地，本专利技术的高温合金中还添加了Ru元素，不仅提高了高温合金的高温性能，Ru还用于提高合金基体强度及界面位错网的密度，从而提高高温合金的强度(力学性能)。并且，本专利技术的高温合金中还含有设定含量的C元素，还能提升高温合金的强度。进一步地，本专利技术实施例提供的高温合金通过优化合金中稀贵金属元素、Cr及C元素的含量，不仅可提升高温合金的高温力学性能，还可以有效的降低高纯净度高温合金的制备难度。另一方面，本专利技术实施例提供的高温合金的制备方法，通过采用具有可拆卸坩埚内层的双层坩埚对高温合金的原料进行冶炼，且坩埚内层的制备原料包括自发气材料(如，碳酸钙和/或碳化钙)，这样在精炼过程中，利用自发气材料的分解释放一氧化碳和/或二氧化碳气泡，该气泡带动合金中的氧、氮和夹杂上浮，起到纯净化冶炼的作用，从而实现以较低的成本实现高纯净化的高温合金的制备。并且，传统商用坩埚及其技术中的双层坩埚都存在冶炼寿命低的问题，本专利技术借助组合积木的思想，将内层坩埚模块堆垛到坩埚内部，使用完毕后即可更换。相对于氧化钙坩埚，本申请的自发气材料分解后，不仅可释放一氧化碳和/或二氧化碳气体，以脱除氧、氮等气体的作用，还能原位生成氧化钙，从而进一步提高合金的纯净度。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是本专利技术的实施例提供的一种双层坩埚的结构示意图；图2是本专利技术的实施例冶炼高温合金时，对高温合金进行纯净化的原理示意图；图3是实施例1中熔融高温合金母合金经快冷后得到的铸锭中的气泡形貌图。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温合金，其特征在于，以重量百分含量计，所述高温合金包括以下成分：碳0-0.18wt％、铬0-5.6wt％、铝5.6-6.8wt％、钴8-10.0wt％、钼0.8-1.4wt％、钨7.7-9.3wt％、铌1.4-1.8wt％、钽3.5-4.5wt％、铼3.5-4.5wt％、钌0-3.5wt％、氧0-0.002wt％、氮0-0.002wt％、余量为镍。/n

【技术特征摘要】
1.一种高温合金，其特征在于，以重量百分含量计，所述高温合金包括以下成分：碳0-0.18wt％、铬0-5.6wt％、铝5.6-6.8wt％、钴8-10.0wt％、钼0.8-1.4wt％、钨7.7-9.3wt％、铌1.4-1.8wt％、钽3.5-4.5wt％、铼3.5-4.5wt％、钌0-3.5wt％、氧0-0.002wt％、氮0-0.002wt％、余量为镍。


2.根据权利要求1所述的高温合金，其特征在于，所述高温合金为单晶高温合金。


3.一种权利要求1或2所述的高温合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备双层坩埚：在坩埚本体的内部堆垛多个坩埚内层模块，且多个坩埚内层模块组成可拆卸的坩埚内层，得到双层坩埚；其中，所述坩埚内层模块的制备原料包括在高温下能释放出气体的自发气材料；
冶炼步骤：将冶炼高温合金的原料放置在所述双层坩埚中进行冶炼处理，得到合金液；
后处理步骤，对所述合金液进行后处理，得到高温合金。


4.根据权利要求3所述的高温合金的制备方法，其特征在于，所述自发气材料为碳酸钙、碳化钙中的一种或两种的混合物；
优选的，所述坩埚内层模块中，所述自发气材料的含量大于90wt％。


5.根据权利要求4所述的高温合金的制备方法，其特征在于，所述自发气材料的粒度为400μm-2.0mm；
优选的，所述自发气材料包括第一自发气材料和第二自发气材料；其中，所述第一自发气材料的粒度为400-405μm、所述第二自发气材料的粒度大于405μm、不超过2mm；其中，在所述自发气材料中，所述第一自发气材料的含量不超过10wt％。


6.根据权利要求4所述的高温合金的制备方法，其特征在于，所述坩埚内层模块的成分还包括添加剂；其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨彦红，周亦胄，王新广，孙晓峰，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21