一种含V元素的NiAl基合金薄壁构件的成形制备方法技术

本发明专利技术提供了一种含V元素的NiAl基合金薄壁构件的成形制备方法，属于高温合金成形技术领域。本发明专利技术的成形制备方法包括以下步骤：将包括Ni层、V层和Al层的叠层材料置于模具中依次进行真空热成形和真空扩散反应，得到NiAl基合金薄壁构件。本发明专利技术在真空扩散反应中，Ni与Al反应生成NiAl基体，利用金属V可以固溶进入NiAl基体，也可与NiAl基体形成金属间化合物强化相，进而提高NiAl基合金薄壁构件的高温强度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种含V元素的NiAl基合金薄壁构件的成形制备方法


[0001]本专利技术涉及高温合金成形
，尤其涉及一种含V元素的NiAl基合金薄壁构件的成形制备方法。

技术介绍

[0002]NiAl基金属间化合物(NiAl基合金)是近年来研究开发的一类具有重要应用前景的耐高温材料。NiAl基合金的密度为5.9g/cm3，是Ni基高温合金的2/3，热导率是Ni基高温合金的4～8倍。NiAl基合金应用于新一代高超声速飞行器等领域，除可以减重外，还可增强主动冷却性能、进一步提高服役温度，服役温度比Ni基高温合金提高100～200℃。此外，NiAl基合金在1100℃时仍可以保持足够高的抗蠕变、抗氧化能力及阻燃性能等，因此，NiAl基合金无疑作为最具有发展前景的轻质耐高温材料，在800～1100℃温度区间可以替代高温合金满足新一代装备对于高性能薄壁复杂构件的需求。
[0003]虽然NiAl基合金具有许多优势，但其在航空航天装备等领域的大规模应用仍有加工成形及使役性能等方面的问题亟需解决。这主要体现在：(1)NiAl基合金复杂薄壁构件难以成形，NiAl基合金室温塑性较低，带来突出的成形难题。(2)NiAl基合金高温强度有待进一步提高。新一代关键构件在1000℃工作承载产生的应力可达100～150MPa，而单相NiAl合金1000℃抗拉强度低于100MPa，因此需要提高NiAl基合金构件的高温强度性能。
[0004]针对NiAl基合金薄壁构件的成形难题，近年来提出了一种反应成形制备方法。与传统方法相比，该方法利用Ni箔和Al箔良好的延展性，通过叠层原料先获得成形的构件，而后在温度、压力的耦合作用下，使Ni箔与Al箔发生反应、制备NiAl基合金。尽管如此，所成形的NiAl基合金薄壁构件的高温强度指标并没有得到提高，仍然是制约NiAl基合金薄壁关键构件在新一代装备中大规模应用的技术瓶颈。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种含V元素的NiAl基合金薄壁构件的成形制备方法，可以提高NiAl基合金薄壁构件的高温强度。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种含V元素的NiAl基合金薄壁构件的成形制备方法，包括以下步骤：
[0008]将包括Ni层、V层和Al层的叠层材料置于模具中依次进行真空热成形和真空扩散反应，得到NiAl基合金薄壁构件；
[0009]所述真空扩散反应包括：依次进行第一真空扩散反应、第二真空扩散反应和第三真空扩散反应；所述第一真空扩散反应的温度为600～650℃、压力为10～20MPa、保温保压时间为0.5～2h；所述第二真空扩散反应的温度为750～850℃、无压力、保温时间为0.1～1h；所述第三真空扩散反应的温度为1100～1300℃、压力为30～50MPa、保温保压时间为1～3h。
[0010]优选的，所述叠层材料中Ni的原子百分含量为25～50％，Al的原子百分含量为25～49.9％，V的原子百分含量为0.1～50％。
[0011]优选的，所述叠层材料的外层为Ni层。
[0012]优选的，每层Ni层的厚度独立为20～200μm，每层Al层的厚度独立为20～200μm，每层V层的厚度独立为1～200μm。
[0013]优选的，每层Ni层由Ni箔组成；每层Al层由Al箔组成；当单层V层的厚度＞50μm且≤200μm时，所述V层由V箔组成；当单层V层的厚度≥1μm且＜50μm时，所述V层为涂层；当单层V层的厚度为50μm时，所述V层由V箔组成或为涂层。
[0014]优选的，当V层为涂层时，所述V层由金属V涂镀到Ni层表面形成。
[0015]优选的，所述NiAl基合金薄壁构件的厚度为1～3mm。
[0016]优选的，所述真空热成形的条件包括：真空度为1.0
×
10
‑3～5.0
×
10
‑3Pa，温度为550～650℃，压力为10～50MPa。
[0017]优选的，所述真空热成形的方法包括模具热态压制成形或热流体压力成形。
[0018]优选的，所述真空扩散反应的真空度为1.0
×
10
‑3～5.0
×
10
‑3Pa。
[0019]本专利技术提供了一种含V元素的NiAl基合金薄壁构件的成形制备方法，包括以下步骤：将包括Ni层、V层和Al层的叠层材料置于模具中依次进行真空热成形和真空扩散反应，得到NiAl基合金薄壁构件；所述真空扩散反应包括：依次进行第一真空扩散反应、第二真空扩散反应和第三真空扩散反应；所述第一真空扩散反应的温度为600～650℃、压力为10～20MPa、保温保压时间为0.5～2h；所述第二真空扩散反应的温度为750～850℃、无压力、保温时间为0.1～1h；所述第三真空扩散反应的温度为1100～1300℃、压力为30～50MPa、保温保压时间为1～3h。本专利技术在真空扩散反应中，Ni与Al反应生成NiAl基体，金属V可以固溶进入NiAl基体，也可与NiAl基体形成金属间化合物强化相，进而提高NiAl基合金薄壁构件的高温强度。
[0020]本专利技术采用V层而非将V掺杂到Ni层和Al层中，可以保证Ni层和Al层良好的成形性能。
[0021]此外，金属V熔点高，为1890℃，适于在1000～1100℃的高温条件下使用；金属V的密度与NiAl合金相近(V密度为6.1g/cm3，NiAl合金密度为5.9g/cm3)，V不会显著提高单相NiAl的密度，因而仍具有轻量化材料的特点。
附图说明
[0022]图1为在Ni箔单侧表面涂镀V层的扫描电子显微镜照片；
[0023]图2为实施例1NiAl
‑
V合金板材的扫描电子显微镜照片；
[0024]图3为实施例1、实施例2和对比例1制备的板材在1000℃拉伸测试的应力
‑
应变曲线。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种含V元素的NiAl基合金薄壁构件的成形制备方法，包括以下步骤：
[0026]将包括Ni层、V层和Al层的叠层材料置于模具中依次进行真空热成形和真空扩散
反应，得到NiAl基合金薄壁构件；所述真空扩散反应包括：依次进行第一真空扩散反应、第二真空扩散反应和第三真空扩散反应；所述第一真空扩散反应的温度为600～650℃、压力为10～20MPa、保温保压时间为0.5～2h；所述第二真空扩散反应的温度为750～850℃、无压力、保温时间为0.1～1h；所述第三真空扩散反应的温度为1100～1300℃、压力为30～50MPa、保温保压时间为1～3h。
[0027]在本专利技术中，每层Ni层的厚度独立优选为20～200μm，更优选为40～160μm，进一步优选为50～120μm；每层Al层的厚度独立优选为20～200μm，更优选为40～160μm，进一步优选为50～120μm；每层V层的厚度独立优选为1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含V元素的NiAl基合金薄壁构件的成形制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将包括Ni层、V层和Al层的叠层材料置于模具中依次进行真空热成形和真空扩散反应，得到NiAl基合金薄壁构件；所述真空扩散反应包括：依次进行第一真空扩散反应、第二真空扩散反应和第三真空扩散反应；所述第一真空扩散反应的温度为600～650℃、压力为10～20MPa、保温保压时间为0.5～2h；所述第二真空扩散反应的温度为750～850℃、无压力、保温时间为0.1～1h；所述第三真空扩散反应的温度为1100～1300℃、压力为30～50MPa、保温保压时间为1～3h。2.根据权利要求1所述的成形制备方法，其特征在于，所述叠层材料中Ni的原子百分含量为25～50％，Al的原子百分含量为25～49.9％，V的原子百分含量为0.1～50％。3.根据权利要求1所述的成形制备方法，其特征在于，所述叠层材料的外层为Ni层。4.根据权利要求1～3任一项所述的成形制备方法，其特征在于，每层Ni层的厚度独立为20～200μm，每层Al层的厚度独立为20～200μm，每层V层的厚度独立为1～200μm。5.根据权利要求4所述的成形制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑世剑，王东君，刘钢，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：