热稳定的镍钴材料和热稳定所述镍钴材料的方法技术

提供了镍钴材料、形成镍钴材料的方法以及热稳定镍钴材料的方法。镍钴材料可包括具有非晶区域和结晶区域的金属基质复合材料，所述结晶区域基本上被纳米晶粒结构包围，所述纳米晶粒结构的晶粒粒度分布为约50纳米至约800纳米，并且所述纳米晶粒结构可包括广泛的晶内孪晶。金属基质复合材料的化学组成可包括镍、钴和掺杂剂例如磷和/或硼。可以在低于材料中晶粒生长的起始温度的第一温度区内热处理镍钴材料，然后在高于晶粒生长的起始温度的第二温度区内热处理镍钴材料。化学组成和热处理可产生热稳定的镍钴材料。

【技术实现步骤摘要】
热稳定的镍钴材料和热稳定所述镍钴材料的方法优先权信息本申请要求在2019年3月14日提交的美国临时专利申请序列号62/818,270的优先权，其通过引用并入本文。
本公开总体上涉及热稳定的镍钴金属和热稳定所述镍钴金属的方法，包括电沉积的磷掺杂的镍钴材料。
技术介绍
镍钴材料用于制造特殊部件是令人感兴趣的，所述特殊部件例如用于涡轮机发动机和其他需要热稳定性、高强度和延展性的航空或航天设备的部件。然而，一些镍钴材料倾向于在强度和延展性之间表现出折衷。另外，一些镍钴材料在高热环境中使用时倾向于表现出晶粒生长，这可能改变材料的拉伸性能。因此，需要表现出热稳定性、高强度和/或高延展性的改进的镍钴材料。
技术实现思路
各方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本公开的主题来了解。在一个方面，本公开包括镍钴材料。示例性镍钴材料可包括具有非晶区域和结晶区域的金属基质复合材料。结晶区域可以基本上被纳米晶粒结构包围，所述纳米晶粒结构的晶粒粒度分布为约50纳米至约800纳米，并且所述纳米晶粒结构可包括广泛的晶内孪晶(例如，约30%至约40%，或甚至约40%至50%的纳米晶粒结构包括晶内孪晶)。所述金属基质复合材料的化学组成可包括约50重量%至80重量%的镍、约20重量%至约50重量%的钴以及约100ppm至约20,000ppm重量的掺杂剂。例如，所述掺杂剂可包括磷和/或硼。在另一方面，本公开包括形成镍钴材料的方法。示例性方法可包括在低于所述材料中晶粒生长的起始温度的第一温度区内热处理镍钴材料。例如，所述第一温度区可为约600K至约750K(约326.9℃至约476.9℃)。示例性方法可另外或替代地包括在高于所述材料中晶粒生长的起始温度的第二温度区内热处理所述材料。例如，所述第二温度区可为约800K至约900K(约526.9℃至约626.9℃)。所述镍钴材料可包括经掺杂的镍钴材料，例如使用电沉积工艺形成的经掺杂的镍钴材料。在又一方面，本公开包括热稳定镍钴材料的方法。示例性方法可包括在低于所述镍钴材料中晶粒生长的起始温度的温度区内热处理镍钴材料。在所述镍钴材料中所述钴的浓度可为约30重量%至约50重量%。所述镍钴材料可包括掺杂剂，并且在所述镍钴材料中所述掺杂剂的浓度可为约1,000ppm至约2,500ppm重量。参考以下描述和所附权利要求，这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图说明示例性实施方式，并且与描述一起用于解释本公开的主题的某些原理。附图说明在参考附图的说明书中阐述针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，包括其最佳模式，其中：图1A显示示例性应力-应变曲线，其一般地比较了非晶金属与微晶晶粒金属；图1B显示示例性应力-应变曲线，其一般地比较了超细纳米晶粒金属与微晶晶粒金属；图2显示示例性应力-应变曲线，其一般地比较了超细纳米晶粒金属与具有晶界钉扎的纳米晶粒金属；图3显示将堆垛层错能与镍钴合金中钴的百分数相关联的图；图4显示示例性应力-应变曲线，其一般地比较了具有钉扎的纳米晶粒金属与具有钉扎和晶内孪晶的纳米晶粒金属；图5显示镍钴合金的相图，具有叠加在其上的晶粒生长的示例性起始温度；图6显示对应于示例性等时热处理研究的硬度相对于退火温度的曲线图；图7显示示例性多模式复合基质的示意图；图8显示镍钴合金的相图，具有叠加在其上的示例性热处理区域；图9A至图9C为描绘形成和/或热稳定镍钴材料的示例性方法的流程图；图10显示示例性镍钴材料的应力-应变曲线，其说明沉淀物强化和退火热处理对强度和延展性的影响；图11显示示例性镍钴材料的应力-应变曲线，其说明老化热处理对强度和延展性的影响；图12显示在高温下得到的各种示例性金属的极限拉伸强度值的曲线图，说明示例性镍钴材料在高温下增强的拉伸强度；以及图13A和图13B显示示例性镍钴材料的透射电子显微图像。在本说明书和附图中重复使用的参考符号旨在代表本公开的相同或类似的特征或元件。具体实施方式现在将详细参考本公开的主题的示例性实施方式，其一个或多个示例在附图中说明。每个示例都是通过解释而提供的，并且不应被解释为限制本公开。实际上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对本公开进行各种修改和变化。例如，作为一个实施方式的一部分说明或描述的特征可与另一实施方式一起使用，以产生再一实施方式。因此，本公开旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这种修改和变化。本公开一般地提供热稳定的镍钴材料和热稳定所述镍钴材料的方法。镍钴材料包括纳米晶粒材料和金属基质复合材料，所述金属基质复合材料包括非晶金属和晶粒区域。所述镍钴材料可通过热处理使用电沉积工艺生产的前体材料而形成。通过选择性地定制热处理方案，热稳定的镍钴材料可由具有增强的强度和延展性的前体材料形成。另外，前体材料可具有基于在热处理工艺期间要进行的晶粒结构的改性而选择性定制的化学组成和/或微观结构。示例性镍钴材料可包括掺杂剂和升高浓度的钴，所述掺杂剂可提供抑制晶粒生长的齐纳钉扎("钉扎")，所述升高浓度的钴可减少或降低材料的堆垛层错能，并由此增加晶内孪晶的倾向。示例性掺杂剂包括铝、锑、砷、硼、铍、镉、碳、铬、铜、铒、铕、镓、锗、金、铁、铟、铱、铅、镁、锰、汞、钼、铌、钕、钯、磷、铂、铼、铑、硒、硅、硫、钽、碲、锡、钛、钨、钒、锌和/或锆。在一些实施方式中，特别合适的掺杂剂可包括磷和/或硼。由掺杂剂提供的钉扎也可以促进晶内孪晶。单独地或组合地，掺杂剂和/或升高浓度的钴可在热处理期间提供钉扎和/或晶内孪晶，这热稳定了镍钴材料并增强延展性和拉伸强度。热处理可包括在低于晶粒生长的起始温度的温度区内进行的沉淀物强化热处理。沉淀物强化热处理可形成磷沉淀合金，其可在晶界处沉淀和/或迁移到晶界，从而提供抑制晶粒生长的钉扎。热处理可另外包括在高于晶粒生长的起始温度的温度区内进行的退火热处理。退火热处理可提供引入晶内孪晶的受控晶粒生长，晶内孪晶可归因于由镍钴材料中的升高水平的钴提供的较低堆垛层错能。所得镍钴材料可包括具有晶内孪晶的纳米结晶结构，晶内孪晶可遍布于各处。例如，约30%至约40%，或甚至约40%至50%，或甚至大于50%的纳米结晶结构可包括晶内孪晶。另外，或在替代方案中，所得镍钴材料可包括具有非晶金属区域和结晶区域的复合材料。在一些实施方式中，所得镍钴材料的复合材料可包括晶内孪晶，并且这种晶内孪晶可遍布结晶区域。例如，约30%至约40%，或甚至约40%至50%，或甚至大于50%的结晶区域可包括晶内孪晶。结晶区域可包括纳米晶粒区域和粗晶粒区域以及超细纳米晶粒区域的复合材料。本公开的镍钴材料含有选择性定制浓度的镍和钴以及磷掺杂剂。选择镍、钴和磷的特定浓度以实现由本公开的热处理方案产生的所需的热稳定、高强度和增强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成镍钴材料的方法，所述方法包括：/n在低于所述材料中晶粒生长的起始温度的第一温度区内热处理镍钴材料，所述第一温度区为约600K至约750K。/n

【技术特征摘要】
20190314 US 62/818270;20200219 US 16/7944381.一种形成镍钴材料的方法，所述方法包括：
在低于所述材料中晶粒生长的起始温度的第一温度区内热处理镍钴材料，所述第一温度区为约600K至约750K。


2.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：
在高于所述材料中晶粒生长的起始温度的第二温度区内热处理所述材料，所述第二温度区为约800K至约900K。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述镍钴材料包含经掺杂的镍钴材料，所述经掺杂的镍钴材料使用电沉积工艺形成。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述经掺杂的镍钴材料包含掺杂剂，所述掺杂剂包含铝、锑、砷、硼、铍、镉、碳、铬、铜、铒、铕、镓、锗、金、铁、铟、铱、铅、镁、锰、汞、钼、铌、钕、钯、磷、铂、铼、铑、硒、硅、硫、钽、碲、锡、钛、钨、钒、锌和/或锆。
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【专利技术属性】
技术研发人员：G塔吉里，EM菲尔普斯，JR施米特，L克里什南，GVD乔纳拉加达，GS希普利，AR德沃拉，
申请(专利权)人：和谐工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US