一种原位生成颗粒增强镍铝基合金及其制备方法技术

一种原位生成颗粒增强镍铝基合金及其制备方法，所述合金包括镍铝基体和引入基体中的原位生成颗粒增强相。制备方法，包括以下步骤：(1)将原位生成颗粒增强相的原料、三氧化二镍、铝源混合均匀；(2)均匀混合的粉末加热，获得熔体；(3)将熔体保温，制备成原位生成颗粒增强镍铝基合金。本发明专利技术所述的一种制备原位生成颗粒增强Ni3Al基高温合金的方法，通过反应原位生成颗粒在增强Ni3Al基高温合金的性能同时，降低传统制备Ni3Al基高温合金的成本，可适用于高温环境的航空发动机。高温环境的航空发动机。高温环境的航空发动机。

【技术实现步骤摘要】
一种原位生成颗粒增强镍铝基合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于高温合金
，尤其涉及一种原位生成颗粒增强镍铝基合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]在国防军工技术和航空航天技术的快速发展过程中，高推重比一直是关键的性能指标，而推重比主要取决于航空发动机尾焰的温度，所以用于制备高服役温度的涡扇叶片的材料成为研制高推重比航空发动机的关键技术。而目前广泛使用的N基和Co基高温合金由于接近其熔点，已无法满足未来高推重比的涡扇发动机的要求。近年来，Ni
‑
Al，Nb
‑
Si和Ti
‑
Al等金属间化合物由于其高的服役温度和低密度逐渐成为新一代更高推重比的涡扇发动机的叶片的备选材料，国内外已经开展了大量的研究。对于航空发动机而言，获得更高推重比是一个永恒不变的目标。因此，在Ni
‑
Al，Nb
‑
Si和Ti
‑
Al等金属间化合物的基础上，如果还要进一步提高其服役温度，在金属间化合物基体中引入一定量具有高熔点的碳化物(WC、TiC等)是一个非常有前景的方法。而制备方法是影响复合材料性能及成本的主要因素之一，因此对颗粒增强高温合金新制备方法的探究，是我国航空发动机涡扇叶片材料发展的重要课题。
[0003]目前，有很多研究机构对颗粒增强高温合金进行了深入研究。中国专利(公开号112522564A)公开了一种TiB2颗粒增强镍基铸造高温合金极其制备方法，该方法采用球磨的方式制备TiB2颗粒，并通过真空熔炼的方式添加到镍基高温合金中，降低了镍基合金的偏析，该工艺流程简单，成本较低，但在球磨过程中，容易出现界面污染的问题。中国专利(公开号112011702B)一种采用微米陶瓷颗粒制备纳米相增强镍基高温合金的方法,以镍基高温合金为基体,以TiC、TiB2、WC和A12O3中的一种或多种作为增强相，通过特定的球磨工艺制备纳米陶瓷均匀分布的镍基高温合金复合粉末,通过3D打印技术制备纳米陶瓷相增强镍基高温合金，但是仍然存在界面污染的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种原位生成颗粒增强镍铝基合金及其制备方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0006]一种原位生成颗粒增强镍铝基合金，所述合金包括镍铝基体和引入基体中的原位生成颗粒增强相。
[0007]相较于镍基高温合金，镍铝基合金在高温下强度更高；而镍铝基合金在原位生成的化学反应中存在元素的烧损和未反应，又镍铝基合金对于元素的成分要求比较高，导致产物稳定性差。本专利技术探索得到了反应前后元素含量的关系，能提高产物的稳定性。
[0008]优选的，所述原位生成颗粒增强相包括单质、氧化物、碳化物、硼化物中的至少一种。
[0009]优选的，所述原位生成颗粒增强相为钨、氧化铝和碳化钨中的至少一种。
[0010]优选的，所述原位生成颗粒增强相为碳化物，所述碳化物通过碳化钙与氧化钨、铝基共同反应生成。
[0011]当原位生成颗粒增强相反应原料为碳化钙和氧化钨时，氧化钨与镍铝基体的铝基发生反应，产生中间相，碳化钙再与中间相发生反应，生成碳化物位生成颗粒增强相。经过上述与铝基体的反应，得到的碳化物颗粒增强相与镍铝基合金的结合效果更好，强度更高，得到的合金性质更加稳定。
[0012]本专利技术原位生成的增强相粒子与基体间的界面无杂质污染,两者之间有理想的原位匹配,界面结合非常好,增强相粒子热力学稳定。
[0013]在同一个技术构思下，本专利技术还提供一种原位生成颗粒增强镍铝基合金的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)将原位生成颗粒增强相的原料、三氧化二镍、铝源混合均匀；
[0015](2)均匀混合的粉末加热，获得熔体；
[0016](3)将熔体保温，制备成原位生成颗粒增强镍铝基合金。
[0017]原位生成颗粒元素的氧化物用于反应生成增强相，相较于普通的熔融铸造增强颗粒，本专利技术生成的颗粒由于是原位生成，界面结合效果更好；
[0018]三氧化二镍与铝源发生基体反应，生成Ni3Al镍铝基体。将原位生成颗粒增强相的原料同时加入，有助于部分增强相原料在同步生成时与铝源直接发生反应，提升增强相与基体的结合效果。
[0019]优选的，步骤(1)中所述三氧化二镍与铝粉的摩尔比约为(2.5
‑
3.5)：(7.5
‑
6.5)。
[0020]本专利技术的摩尔比能够得到较优比例的镍三铝基体，提高材料性能。
[0021]优选的，步骤(1)中所述原位生成颗粒增强相为碳化物，所述原位生成颗粒增强相原料为氧化钨和碳化钙。
[0022]优选的，所述氧化钨和碳化钙的摩尔比为(5.5
‑
6.5)：(2.5
‑
3.5)。
[0023]氧化钨和碳化钙与铝发生如下反应：6WO3+3CaC2+rOAl＝＞6WC+3CaO+5Al2O3[0024]优选的，步骤(2)中所述加热金属热还原反应，温度为600℃以上。
[0025]优选的，步骤(3)中所述保温温度大于1500℃，保温时间为3min
‑
15min。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0027](1)本专利技术的一种制备原位生成颗粒增强Ni3Al基高温合金的方法，通过反应原位生成颗粒在增强Ni3Al基高温合金的性能同时，降低传统制备Ni3Al基高温合金的成本，可适用于高温环境的航空发动机。
[0028](2)目前的主流高温合金加工技术是采用球磨工艺，球磨工艺会导致界面污染问题，而本专利技术采用原位生成颗粒熔融制备，不使用球磨工艺，避免了界面污染。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术实施例1中原位生成WC颗粒增强的镍铝基高温合金的扫描组织图。
[0031]图2为本专利技术实施例2中原位生成W颗粒增强的镍铝基高温合金的扫描组织图。
具体实施方式
[0032]为了便于理解本专利技术，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本专利技术做更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体实施例。
[0033]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。
[0034]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0035]实施例1：
[0036]一种原位生成颗粒增强镍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位生成颗粒增强镍铝基合金，其特征在于，所述合金包括镍铝基体和引入基体中的原位生成颗粒增强相。2.如权利要求1所述的原位生成颗粒增强镍铝基合金，其特征在于，所述原位生成颗粒增强相包括单质、氧化物、碳化物中的至少一种。3.如权利要求2所述的原位生成颗粒增强镍铝基合金，其特征在于，所述原位生成颗粒增强相为钨、氧化铝和碳化钨中的至少一种。4.如权利要求2所述的原位生成颗粒增强镍铝基合金，其特征在于，所述原位生成颗粒增强相为碳化物，所述碳化物通过碳化钙与氧化钨、铝基共同反应生成。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述的原位生成颗粒增强镍铝基合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将原位生成颗粒增强相的原料、三氧化二镍、铝源混合均匀；(2)均匀混合的粉末加热，获得熔体；(3)将熔体保温，制备成原位生成颗粒增强镍铝基合金。6.如权利要求5所述的原位生成颗粒增强镍铝基合金的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，唐啸天，沈书成，刘珍，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：