高温合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高温合金及其制备方法和应用，高温合金包括A组分以及B组分，其中，A组分以重量百分数计，原料组成包括0.01％～0.08％的铝、3％～10％的铬、5％～12％的铁、0.01％～0.1％的锰、1％～4％的钼、1％～6％的铌、0.1％～2％的硅、0.1％～1％的钛、0.01％～0.05％的钨、0.001％～0.01％的碳、8％～16％的氧、20％～40％的镍以及35％～50％的第一稀土金属，B组分的组成包括质量比为(3～6):1的第二稀土金属与氧，第二稀土金属占高温合金总质量的1％～4％。通过第二稀土金属氧化物掺杂至镍基合金组分进行改性结合对其质量分数的限定，可获得高强度的合金材料。可获得高强度的合金材料。

【技术实现步骤摘要】
高温合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及冶金材料领域，特别是涉及一种高温合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着世界经济的发展和人口的持续增长，人类对能源的需求越来越大。作为清洁能源之一的核能，是目前被认为最有可能大规模替代化石燃料。经过前三代的发展积累，核能系统国际论坛重点推荐在经济性、安全性、废物处理等多方面有重大革新的第四代核反应堆。第四代核反应堆中的结构材料面临更加复杂苛刻的服役环境。例如，第四代裂变堆的超高温气冷快堆采用低浓铀或高浓铀加钍作核燃料，氦气作为冷却剂，堆芯出口氦气温度达到950℃以上，服役环境要求其反应堆容器和包壳材料需要具有抗高温、抗辐照肿胀以及耐腐蚀等性能，因此传统的高温合金材料已不能满足服役要求。

技术实现思路

[0003]基于此，为了合金在高温下具有高强度，有必要提供一种高温合金及其制备方法和应用。
[0004]本专利技术提供了一种高温合金，包括A组分以及B组分，其中，所述A组分以重量百分数计，原料组成包括0.01％～0.08％的铝、3％～10％的铬、5％～12％的铁、0.01％～0.1％的锰、1％～4％的钼、1％～6％的铌、0.1％～2％的硅、0.1％～1％的钛、0.01％～0.05％的钨、0.001％～0.01％的碳、8％～16％的氧、20％～40％的镍以及35％～50％的第一稀土金属，所述B组分的组成包括质量比为(3～6):1的第二稀土金属与氧，所述第一稀土金属与所述第二稀土金属不同，所述第二稀土金属占所述高温合金总质量的1％～4％。
[0005]在其中一个实施例中，所述A组分以重量百分数计原料组成包括0.02％～0.08％的铝、4％～8％的铬、5％～10％的铁、0.01％～0.05％的锰、1％～3％的钼、2％～5％的铌、0.5％～1.5％的硅、0.1％～0.5％的钛、0.01％～0.04％的钨、0.001％～0.0005％的碳、10％～14％的氧、20％～30％的镍以及40％～50％的第一稀土金属，所述第二稀土金属占所述高温合金总质量的1％～3％。
[0006]在其中一个实施例中，所述第一稀土金属与所述第二稀土金属各自独立地选自镧、铈、钇以及钐中的一种。
[0007]进一步地，本专利技术还提供一种高温合金的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S10：按照如上所述的高温合金的组成准备原料粉末
[0009]S20：研磨所述原料粉末，制备预压制粉末；
[0010]S30：以250MPa～350MPa的压力压制所述预压制粉末，制备预烧结压坯；
[0011]S40：烧结所述预烧结压坯，第一段烧结的温度为500℃～900℃，第一段烧结的保温时间为0.5小时～1.5小时，第二段烧结的温度为900℃～1200℃，第二段烧结的保温时间为2小时～3小时。
[0012]在其中一个实施例中，所述A组分的原料粉末的粒径为10μm～100μm；和/或
[0013]所述B组分的原料粉末的粒径为50nm～200nm。
[0014]在其中一个实施例中，在步骤S20中，研磨方式为球磨，球磨转速为200r/min～500r/min，球磨时间为1小时～200小时。
[0015]在其中一个实施例中，球料比为(5～20):1。
[0016]在其中一个实施例中，在步骤S40中，从25℃以5℃/min～8℃/min的速率升温至第一段烧结的温度；和/或
[0017]从所述第一段烧结的温度以8℃/min～10℃/min的速率升温至第二段烧结的温度。
[0018]在其中一个实施例中，在步骤S40后，还包括将得到的产品在室温下冷却后进行喷砂处理和打磨处理的步骤
[0019]本专利技术更进一步地提供上述的高温合金在制备热端部件中的应用。
[0020]通过第二稀土金属氧化物掺杂至镍基合金组分，由于第二稀土金属氧化物不同于镍基合金组成中含有的第一稀土金属氧化物可以对合金体系进行改性，配合对第二稀土金属在高温合金体系中质量分数的限定，可获得在高温下仍具有高强度的高温合金材料。
[0021]进一步地，上述高温合金的原料依次通过机械合金化、冶金压制以及烧结成型的制备流程，在冶金压制压力与烧结成型温度以及时间等优化的实验条件参数协同作用下，避免出现宏观裂纹和孔洞，影响冶金成形的合金性能，由于上述制备得到的高温合金材料可以近净成形，可进一步地降低制备用于核反应堆、航空发动机、航天运载器或燃气轮机中热端部件的成本。
具体实施方式
[0022]本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术的公开内容理解的更加透彻全面。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
[0023]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本专利技术的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
[0024]本专利技术中的词语“优选地”、“更优选地”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本专利技术实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本专利技术的范围之外。
[0025]当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入
的任何及所有的子范围。
[0026]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0027]本专利技术提供了一种高温合金，包括A组分以及B组分，其中，A组分以重量百分数计，原料组成包括0.01％～0.08％的铝、3％～10％的铬、5％～12％的铁、0.01％～0.1％的锰、1％～4％的钼、1％～6％的铌、0.1％～2％的硅、0.1％～1％的钛、0.01％～0.05％的钨、0.001％～0.01％的碳、8％～16％的氧、20％～40％的镍以及35％～50％的第一稀土金属，B组分的组成包括质量比为(3～6):1的第二稀土金属与氧，第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温合金，其特征在于，包括A组分以及B组分，其中，所述A组分以重量百分数计，原料组成包括0.01％～0.08％的铝、3％～10％的铬、5％～12％的铁、0.01％～0.1％的锰、1％～4％的钼、1％～6％的铌、0.1％～2％的硅、0.1％～1％的钛、0.01％～0.05％的钨、0.001％～0.01％的碳、8％～16％的氧、20％～40％的镍以及35％～50％的第一稀土金属，所述B组分的组成包括质量比为(3～6):1的第二稀土金属与氧，所述第一稀土金属与所述第二稀土金属不同，所述第二稀土金属占所述高温合金总质量的1％～4％。2.如权利要求1所述的高温合金，其特征在于，所述A组分以重量百分数计原料组成包括0.02％～0.08％的铝、4％～8％的铬、5％～10％的铁、0.01％～0.05％的锰、1％～3％的钼、2％～5％的铌、0.5％～1.5％的硅、0.1％～0.5％的钛、0.01％～0.04％的钨、0.001％～0.0005％的碳、10％～14％的氧、20％～30％的镍以及40％～50％的第一稀土金属，所述第二稀土金属占所述高温合金总质量的1％～3％。3.如权利要求1或2所述的高温合金，其特征在于，所述第一稀土金属与所述第二稀土金属各自独立地选自镧、铈、钇以及钐中的一种。4.一种高温合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：按照如权利要求1～3任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，张桃梅，吴谊友，倪莽，丁柔，周科朝，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：