一种多组元高温合金体系元素互扩散和相变规律的研究方法技术

本发明专利技术涉及一种多组元高温合金体系元素互扩散和相变规律的研究方法，步骤包括：根据待研究的多组元高温合金成分特点设计高温合金成分，按设计成分制备高温合金并进行均匀化热处理；将完成均匀化热处理的高温合金与待重点研究的合金元素的纯物质制成扩散偶，进行扩散热处理，使用完成扩散热处理的试样计算合金元素的互扩散参量；将完成扩散热处理的扩散偶试样进行时效热处理，使用完成时效热处理的试样计算热力学参量。本发明专利技术可快速获取多组元高温合金中每种合金元素在特定合金体系中的互扩散参量，以及在较宽的元素浓度范围多组元高温合金热力学参量，研究对象不受合金元素种类和数量限制，结果可直接用于所研究的合金体系，研究效率高。研究效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种多组元高温合金体系元素互扩散和相变规律的研究方法


[0001]本专利技术属于高温合金研究方法
，涉及一种多组元高温合金体系元素互扩散和相变规律的研究方法。

技术介绍

[0002]高温合金是航空发动机中广泛应用的材料。为获得足够高的高温强度，高温合金中通常加有五种以上合金元素，每种合金元素对高温合金的相变规律和元素互扩散行为规律都有很大影响，直接影响合金性能。要获得稳定、可靠的性能数据，就必须掌握合金中元素互扩散规律和相变规律，但由于高温合金体系复杂，并且合金元素间也相互影响，因此研究难度很大。
[0003]通常情况下，研究具有特定成分特点高温合金元素互扩散规律和相变规律的方法是：根据研究需求设计合金成分并制备高温合金，将合金置于特定条件下进行扩散热处理，分析扩散温度及时间对元素分布的影响，进而研究合金中的元素扩散规律；将合金置于特定条件下进行时效处理，分析合金相变规律；综合分析上述实验结果，获得相应高温合金中元素互扩散规律和相变规律。通常，高温合金中合金元素种类多、每种合金元素浓度范围大，使用上述传统的研究方法只能研究单一成分的合金，若要研究一定成分范围的合金体系，必须制备大量的合金试样，不但周期长、成本高，而且对于不同成分的试样，制备过程的微小差异就可能影响实验结果，干扰最终分析、判断的准确性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是：提供一种多组元高温合金体系元素互扩散和相变规律的研究方法，可以使用少量试样高效获取合金体系中绝大多数合金元素的扩散规律，以及在较宽并且连续的成分范围内合金的相变规律，为已有高温合金的优化和新型高温合金的研发提供有力的技术支撑。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种多组元高温合金体系元素互扩散和相变规律的研究方法，所述的研究方法步骤包括：
[0007](1)合金制备：根据研究需求设计合金成分，按照所设计的成分配料、熔炼，并进行均匀化热处理，确保合金元素在合金中均匀分布；
[0008](2)选取纯金属材料：准备待研究的合金元素对应的单质块体材料；为避免杂质元素干扰，单质块体材料纯净度越高越好。
[0009](3)制成扩散偶：均匀化热处理后的合金与纯金属制成扩散偶，至于待进行扩散规律研究所对应的温度下进行扩散热处理；
[0010](4)得到互扩散规律：测试(3)完成扩散热处理的扩散偶试样扩散层中微区成分随位置深度的变化，计算获得扩散热处理温度对应的每种合金元素扩散动力学参量，获得不同浓度梯度的微区成分的扩散规律；
[0011](5)得到相变规律：将(3)完成扩散热处理的扩散偶试样置于待研究相变规律的温度下进行时效热处理；测试完成时效热处理的扩散偶试样扩散层中微区成分及其对应的合金组织，分析扩散层对应成分范围内的热力学参量，得到相变规律。
[0012]优选的，步骤(1)中设计的合金成分中，所有合金元素原子百分比均大于0.5％
[0013]优选的，步骤(2)所述纯物质块体材料的纯净度不低于99.5％。
[0014]优选的，步骤(3)所述均匀化热处理温度为合金固相线温度以下10℃至固相线的温度范围。
[0015]优选的，此均匀化热处理温度在合金固相线温度以下10℃至固相线的温度范围，保温时间为10h以上。
[0016]优选的，完成步骤(3)所述扩散热处理后，纯物质对应合金元素的扩散距离不少于100μm。
[0017]优选的，步骤(5)所述时效热处理温度不高于该合金体系使用温度上限。
[0018]优选的，步骤(5)所述时效热处理时间大于500小时。
[0019]优选的，时间大于500小时，且在结束前100小时内析出相的含量变化不超过1％。
[0020]优选的，步骤(4)和步骤(5)所述的位置深度指自扩散偶接触表面向合金内部或纯物质内部的垂直距离，两测试点的深度间距不大于20μm。
[0021]优选的，步骤(4)和步骤(5)所述的微区成分测试方法，检测束斑直径大于2μm，单次检测结果中所有元素测量值总误差小于
±
2％。
[0022]优选的，步骤(3)所述扩散热处理和步骤(5)所述时效热处理环境为真空环境。
[0023]高温合金通常含有五种以上合金元素，这些合金元素在宏观、介观、微观各个尺度相互作用，直接影响到合金组织演变规律，进而显著影响合金的使用性能。若要揭示合金组织演变影响规律，就必须研究合金元素对合金组织及组织演变的影响规律，以及合金元素在使用温度下的扩散规律。
[0024]针对合金元素对组织及组织演变的影响规律研究，通常采用的是以一种元素成分为变量，设计含有不同含量此种元素的合金成分，制备后分别进行组织分析，研究此种合金元素对合金组织及组织演变的影响，并获得影响规律。此种方法存在过程复杂、周期长、成本高等问题。
[0025]针对合金元素扩散规律研究，通常采用热处理前存在元素偏析的合金，置于扩散温度下保温，使合金元素扩散一定时间后，分析合金中不同位置的微区成分，进而研究合金元素扩散规律。此种方法存在的问题是，合金各个位置都存在多种合金元素同时向各个方向扩散，存在严重的交互作用，严重干扰到分析数据的准确性。
[0026]本专利所涉及方法，针对待研究的高温合金设计研究用合金成分，按设计的成分制备后进行均匀化热处理，确保合金成分均匀。将制得的成分均匀的合金与拟研究的元素所对应的单质制成扩散偶，置于高温下保温，使单质对应的元素向合金内部扩散，同时合金中的多种合金元素同时向单质内部扩散。扩散完成后，在扩散偶界面向单质内部的方向上，扩散有合金中所含有的合金元素，且根据元素浓度和扩散速率的不同，形成不同的浓度梯度；同时，在扩散偶界面向合金内部的方向上，则形成了单质元素浓度不同的浓度梯度。
[0027]将上述完成扩散的扩散偶中原合金部分至于较低的温度下进行保温，此保温温度应不超过合金的最高使用温度(通常，合金在使用温度下，合金元素不会发生明显扩散，因
此元素扩散可以忽略)。保温足够长时间后，由于原扩散偶界面向合金内部不同深度位置的微区成分不同，特别是扩散偶单质所对应的元素，在合金表面向内形成了连续的浓度梯度，这会使得不同深度位置发生不同的固态相变，且主要为单质元素对应的浓度影响。通过研究不同深度位置对应的微区成分、相组成，可获得单质元素对应的合金成分对所研究的高温合金相变的影响规律。
[0028]分析上述扩散偶界面向原单质内部不同深度的微区成分，可获得自扩散偶界面向单质内部的浓度曲线，进而获得扩散温度下合金成分对应的所有合金元素在单质中的扩散行为规律。
[0029]本专利技术与现有技术相比，具有以下技术优点：
[0030]本专利技术提供一种多组元高温合金体系元素互扩散和相变规律的研究方法，将扩散偶技术应用于高温合金研究，并结合高温合金材料体系特点详细说明了研究过程所涉及的温度、时间、测试方法等，其特点为：
[0031](1)本专利技术可快速获取多组元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多组元高温合金体系元素互扩散和相变规律的研究方法，其特征在于：所述的研究方法步骤包括：(1)合金制备：根据研究需求设计合金成分，按照所设计的成分配料、熔炼，并进行均匀化热处理，确保合金元素在合金中均匀分布；(2)选取纯金属材料：准备待研究的合金元素对应的单质块体材料；(3)制成扩散偶：均匀化热处理后的合金与纯金属制成扩散偶，至于待进行扩散规律研究所对应的温度下进行扩散热处理；(4)得到互扩散规律：测试(3)完成扩散热处理的扩散偶试样扩散层中微区成分随位置深度的变化，计算获得扩散热处理温度对应的每种合金元素扩散动力学参量，获得不同浓度梯度的微区成分的扩散规律；(5)得到相变规律：将(3)完成扩散热处理的扩散偶试样置于待研究相变规律的温度下进行时效热处理；测试完成时效热处理的扩散偶试样扩散层中微区成分及其对应的合金组织，分析扩散层对应成分范围内的热力学参量，得到相变规律。2.根据权利要求1所述的一种多组元高温合金体系元素互扩散和相变规律的研究方法，其特征在于：(1)中设计的合金成分中，所有合金元素原子百分比均大于等于0.5％。3.根据权利要求1所述的一种多组元高温合金体系元素互扩散和相变规律的研究方法，其特征在于：(2)所述纯物质块体材料的纯净度不低于99.5％。4.根据权利要求1所述的一种多组元高温合金体系元素互扩散和相变规律的研究方法，其特征在于：(...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳晓岱，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：