一种铌镍金属化合物材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铌镍金属化合物材料及其制备方法，合金成分为Nb

【技术实现步骤摘要】
一种铌镍金属化合物材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于铌镍高温合金
，涉及一种铌镍金属化合物材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]镍基高温合金由于其出色的抗拉强度以及延展性被广泛的应用于航空、航天发动机以及汽车工业等领域，见文献：W.Liu,B.Zhai,J.F.Zhao,et al.Effect of High Undercooling on Dendritic Morphology and Mechanical Properties of Rapidly Solidified Inconel X750 Alloy[J],Metallurgical and Materials Transactions B,2021,51:1784
–
1794。然而随着航空技术的不断提高，对高性能高温合金提出了苛刻的需求，这使得传统镍基高温合金逐渐不能满足航空工业的需求，因此开发新一代的超高温合金势在必行。
[0003]由于铌镍合金出色的物理化学性能如高熔点、低密度、高比强度等优点，使得其被广泛的应用于航空航天、超导以及核工业等领域的高温结构件中，因此镍铌合金被视为高温轻质合金的潜力候选材料之一，见文献：M.D.Sherrill,H.H.Edwards.Superconducting Tunneling on Bulk Niobium,Physical Review Letters,1961,6(9):460
‑
461.；Y.Matsukawa,S.Kitayama,K.Murakami,et al.Reassessment of oxidation
‑
induced amorphization and dissolution of Nb precipitates in Zr
‑
Nb nuclear fuel cladding tubes,Acta Materialia,2017,127:153
‑
164.；Z.Tarzimoghadam,M.Rohwerder,S.V.Merzlikin,et al.Multi
‑
scale and spatially resolved hydrogen mapping in a Ni
–
Nb model alloy reveals the role of theδphase in hydrogen embrittlement of alloy 718,Acta Materialia,2016,109:69
‑
81.。此外，铌镍合金中包含复杂金属间化合物，如Nb7Ni6和NbNi3，这些复杂金属间化合物中存在着诸多的原子间空位使得其可以存储大量的氢原子，这也使得铌镍合金成为了一种潜在的储氢材料，见文献：J.M.Joubert,N.Dupin,Mixed site occupancies in theμphase,Intermetallics,2004,12(12):1373
‑
1380.。
[0004]现有关于铌镍合金的研究主要集中于铌元素较少的区域，即铌元素添加对镍基高温合金力学性能的影响(专利号为CN 202010702349.5)。镍基高温合金中的强化沉淀相均含有铌元素，如Laves相(Ni,Fe)2(Nb,Ti)，γ
″
相NbNi3，这些相中含有的铌元素均较少。而新型高性能铌镍高温合金铌元素含量应超过50％，因此，研究铌镍高温合金在较高铌含量下的组织演化规律对于开发新型铌镍高温合金具有重要的战略研究价值。此外，相较比于镍元素，铌元素具有更强的吸附氢原子的能力，因此开发铌含量较高且结构复杂的金属间化合物相对于开发新型储氢材料具有重要的意义。由于铌元素的熔点为2477℃，镍元素的熔点为1455℃，二者差别较大，因此现有制备铌镍合金多以金属氧化物为原材料采用还原法制备，这样会在制备的合金中引入铝元素，且合金成分不易控制，尽管已有人开发出来适宜铌镍合金制备的中频真空感应熔炼(专利号为CN 201510344346.8)用于工业生产，但是难
以实现对合金中相含量的调控。热处理工艺可以显著的改善合金的组织型态和性能，是开发新型材料的重要手段，在特定温度下对铌镍合金进行热处理工艺，通过调控热处理工艺可以开发出具有复杂结构的新型金属化合物材料。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种铌镍金属化合物材料及其制备方法，该材料具有较大的晶格常数，是一种复杂的面心立方结构，其晶格内具有大量的原子间隙空位可用于氢原子的存储，是一种十分具有潜力的储氢材料。
[0007]本专利技术一种铌镍金属化合物材料的技术思路为：通过主动调控高纯铌镍合金的合金成分、热处理工艺，获得一种性能优异的新Nb2Ni金属化合物材料。
[0008]技术方案
[0009]一种种铌镍金属化合物材料，其特征在于合金成分为Nb
x
Ni
y
，其中x＝54～90,y＝100
‑
x,at.％；合金中除Nb相、Nb7Ni6相、NbNi3相以外，生成了铌元素含量在62
‑
68at.％的金属化合物相即Nb2Ni相，该相为面心立方结构，单个晶胞内包含96个原子，且两种原子的百分比为Nb:Ni＝2:1，晶格常数为
[0010]所述Nb含量在54～90at.％之间的合金中均存在Nb2Ni相。
[0011]一种制备所述铌镍金属化合物材料的方法，其特征在于步骤如下：
[0012]步骤1、配料：合金的原子百分比计算并称量相应的铌和镍单质金属进行配料；
[0013]步骤2、熔炼：采用真空电弧炉在Ar气、He气或者二者混合气体的保护气氛中熔炼母合金，熔炼电流大于120A，熔炼时间大于5min，并且对熔炼品进行三次以上熔炼使其成分均匀；
[0014]步骤3：将熔炼所得母合金置于刚玉舟中装入热处理炉的刚玉管中部，并在刚玉管两侧放置保温隔热石棉套；
[0015]步骤4、洗气：向刚玉管中通入保护气体如高纯Ar气、He气或者二者混合气体，通气时间大于30min确保炉体内部氧气被排除干净；
[0016]步骤5、加热：升温至1200
±
50℃时停止升温，进行恒温热处理至少5h以上；
[0017]步骤6、冷却：在恒温热处理完成后停止加热，随炉冷却，即得到包含Nb2Ni新相的铌镍金属化合物材料，所述金属化合物相铌元素含量在62
‑
68at.％之间。
[0018]所述铌和镍单质金属为纯度大于99.9％铌和镍单质金属。
[0019]所述Ar气、He气为纯度为99.99％的Ar气、He气。
[0020]所述步骤5通过改变恒温热处理时间，调控Nb2Ni相的大小，以及含量。
[0021]有益效果
[0022]本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铌镍金属化合物材料，其特征在于合金成分为Nb
x
Ni
y
，其中x＝54～90,y＝100
‑
x,at.％；合金中除Nb相、Nb7Ni6相、NbNi3相以外，生成了铌元素含量在62
‑
68at.％的金属化合物相即Nb2Ni相，该相为面心立方结构，单个晶胞内包含96个原子，且两种原子的百分比为Nb:Ni＝2:1，晶格常数为2.根据权利要求1所述铌镍金属化合物材料，其特征在于：所述Nb含量在54～90at.％之间的合金中均存在Nb2Ni相。3.一种制备权利要求1或2所述铌镍金属化合物材料的方法，其特征在于步骤如下：步骤1、配料：合金的原子百分比计算并称量相应的铌和镍单质金属进行配料；步骤2、熔炼：采用真空电弧炉在Ar气、He气或者二者混合气体的保护气氛中熔炼母合金，熔炼电流大于120A，熔炼时间大于5min，并且对熔炼品进行三次以上熔炼使其成分均匀；步骤3：将熔炼所得母合金置于刚玉舟中装入热处理炉的刚玉管中部，并在刚玉管两侧放置保温隔热石棉套...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海鹏，赵炯飞，魏炳波，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：