一种原位多相强韧化的镍基合金复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种原位多相强韧化的镍基合金复合材料及其制备方法，镍基合金复合材料包括镍基合金基体、分布在镍基合金基体上的原位增强相WC和Al2O3及增韧相W2AlC，制备方法为：(1)WO3粉末和Al粉末球磨混合为WO3/Al混合粉末；(2)采用离子溅射工艺在WO3/Al混合粉末表面溅射碳层，得碳层包裹的WO3/Al混合粉末；(3)碳层包裹的WO3/Al混合粉末与镍基合金粉末球磨混合为镍基合金复合材料粉末；(4)在氩气保护环境下，采用选区激光熔化工艺，利用高能激光束对镍基合金复合材料粉末进行扫略成形，WO3/Al/C之间发生原位反应生成原位增强相WC和Al2O3相和增韧相W2AlC。本发明专利技术镍基合金复合材料中的原位增强相WC和Al2O3及增韧相W2AlC，能够有效提高其强度、塑韧性和机械加工性能。塑韧性和机械加工性能。塑韧性和机械加工性能。

【技术实现步骤摘要】
一种原位多相强韧化的镍基合金复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种镍基合金及其制备方法，尤其涉及一种原位多相强韧化的镍基合金复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]镍基高温合金在650
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1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗腐蚀能力，可以长时间在高温环境下进行工作，因此镍基高温合金材料被广泛地应用于航空航天发动机的涡轮盘、燃气轮机等重要零部件的制造，是航空航天领域中不可替代的基础性材料。随着现代科学技术的发展，特别是航空、电力的高速发展和大规模原子能的利用等新兴工业的出现，对材料提出了越来越高的要求，而单纯的镍基高温合金材料难以有效满足现代航空工业发展的性能需求。
[0003]近年来，陶瓷颗粒增强金属基复合材料可以将金属的性能(如，良好的塑性、韧性、成型性以及优秀的传热与导电能力)与陶瓷的特性(如，高硬度、高强度、高模量、耐高温性能和低热膨胀系数)结合起来。因此，颗粒增强金属基复合材料比基体合金更高的比强度、比刚度、热稳定性以及耐热性。而增强体与镍基合金基体的选择对其复合材料性能具有很大的影响，如常见的陶瓷增强镍基合金复合材料的增强体分为高熔点金属化合物(TiC、TiN、ZrB、WC等)和非金属难熔化合物(B4C、SiC、BN、Si3N4等)。但现有陶瓷颗粒增强镍基复合材料主要表现其强度的提高，但塑韧性却下降，进而影响其复合材料力学性能的提升，导致限制其广泛应用。故如何实现陶瓷颗粒增强镍基复合材料强度和塑韧性协同提升是当前高性能镍基复合材料亟需解决的技术难题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术旨在提供一种具有优异的界面湿润性和原位宽温域耐磨性的钛合金复合材料，并且，本专利技术还提供了该镍基合金的制备方法。
[0005]技术方案：本专利技术所述的原位多相强韧化的镍基合金复合材料，包括镍基合金基体、分布在镍基合金基体上的原位增强相WC和Al2O3及增韧相W2AlC。
[0006]进一步地，所述镍基合金复合材料的原料包括镍基合金粉末和碳层包裹的WO3/Al混合粉末，WO3与Al的质量比为1:2.3
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2.5，碳层的厚度为200
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1000nm，镍基合金粉末与碳层包裹的WO3/Al混合粉末的量比为8
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15:1，镍基合金为Ni
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Cr、Ni
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Cr
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Nb、Ni
‑
Cr
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Mo中一种或多种。
[0007]进一步地，所述原位增强相WC、Al2O3和增韧相W2AlC由碳层包覆的WO3/Al混合粉末在高能激光束的作用下原位反应而成。
[0008]本专利技术所述的原位多相强韧化的镍基合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将WO3粉末和Al粉末球磨混合，得WO3/Al混合粉末；
[0010](2)采用离子溅射工艺在WO3/Al混合粉末表面溅射碳层，得碳层包裹的WO3/Al混合粉末；
[0011](3)将碳层包裹的WO3/Al混合粉末与镍基合金粉末球磨混合，得镍基合金复合材料粉末；
[0012](4)在惰性气体保护环境下，采用选区激光熔化工艺，利用高能激光束对镍基合金复合材料粉末进行扫略成形，WO3/Al/C之间发生原位反应生成原位增强相WC和Al2O3相和增韧相W2AlC，即得原位多相强韧化的镍基合金复合材料。
[0013]进一步地，步骤(2)中，所述离子溅射工艺的参数为：溅射功率为250
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300W，溅射时间为5
‑
30min。
[0014]进一步地，步骤(4)中，所述高能激光束的能量密度为150
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250J/m，惰性气体为氩气。
[0015]专利技术原理：本专利技术聚焦高性能陶瓷颗粒增强镍基合金复合材料的制造，针对现有陶瓷颗粒增强镍基合金复合材料高强度与高塑韧性间的失配问题，依据镍基合金的服役性能需求，基于材料冶金学原理及镍基合金物性特点，WO3粉末和Al粉末球磨混合后，采用离子溅射工艺在其表面溅射碳层，得到碳层包覆的WO3/Al混合粉末，并将其添加入镍基合金粉末中，通过高能激光束的加热作用，碳层吸收激光能量后，诱导3WO3+7Al+2C
→
W2AlC+WC+3Al2O3原位反应，其形成的硬度较高的WC与Al2O3相能有效提高镍基合金的强度，同时生成塑形优良的W2AlC相能显著改善镍基合金因强度提高而导致塑韧性的下降，故能有效提高镍基合金复合材料的高强度和高塑韧性协同提升。
[0016]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
[0017](1)本专利技术结合了材料设计学原理，通过高能激光束作用下的原位反应，形成的WC和Al2O3相硬度较高、强度高，该两种原位相在高温下仍表现较高的强度，能有效提高镍基合金的强度；另一方面，也有效避免了非原位WC增强镍基复合材料在高能激光束作用下产生的开裂现象；
[0018](2)本专利技术中生成的W2AlC相属于六方层状结构，其层间滑动易诱导位错产生，表现良好的塑韧性，能有效改善镍基合金复合材料的塑韧性，且该相的层状结构促使其拥有良好的机械加工性能。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例1制得的原位多相强韧化的镍基合金的显微组织图，其中，1
‑
WC相，2
‑
Al2O3相，3
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W2AlC相；
[0020]图2为本专利技术对比例1制得的WC增强镍基合金的显微组织图；
[0021]图3为本专利技术实施例1至实施例4制得的原位多相强韧化的镍基合金的抗拉强度图；
[0022]图4为本专利技术实施例1至实施例4制得的原位多相强韧化的镍基合金的塑性变形图。
具体实施方式
[0023]下面结合实施例和附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0024]实施例1：本专利技术所述的原位多相强韧化的镍基合金复合材料的原料包括Ni
‑
Cr合金粉末和碳层包裹的WO3/Al混合粉末，WO3与Al的质量比为1:2.3，碳层的厚度为200nm，Ni
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Cr合金粉末与碳层包裹的WO3/Al混合粉末的质量比为8:1。
[0025]上述原位多相强韧化的镍基合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026](1)将质量比为1:2.3的WO3粉末和Al粉末球磨混合，得WO3/Al混合粉末；
[0027](2)采用离子溅射工艺在WO3/Al混合粉末表面溅射厚度为200nm的碳层，得碳层包裹的WO3/Al混合粉末；
[0028](3)将碳层包裹的WO3/Al混合粉末与Ni
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Cr合金粉末按质量比1:8球磨混合，得镍基合金复合材料粉末；
[0029](4)在氩气保护环境下，采用选区激光熔化工艺，利用能量密度为150J/m的高能激光束对镍基合金复合材料粉末进行扫略成形，WO3/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位多相强韧化的镍基合金复合材料，其特征在于，包括镍基合金基体、分布在镍基合金基体上的原位增强相WC和Al2O3及增韧相W2AlC。2.根据权利要求1所述的原位多相强韧化的镍基合金复合材料，其特征在于，所述镍基合金复合材料的原料包括镍基合金粉末和碳层包裹的WO3/Al混合粉末。3.根据权利要求2述的原位多相强韧化的镍基合金复合材料，其特征在于，所述WO3与Al的质量比为1:2.3
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2.5，碳层的厚度为200
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1000nm。4.根据权利要求2述的原位多相强韧化的镍基合金复合材料，其特征在于，所述镍基合金粉末与碳层包裹的WO3/Al混合粉末的量比为8
‑
15:1。5.根据权利要求2述的原位多相强韧化的镍基合金复合材料，其特征在于，所述镍基合金为Ni
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Cr、Ni
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Cr
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Nb、Ni
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Cr
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Mo中一种或多种。6.根据权利要求2述的原位多相强韧化的镍基合金复合材料，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏木建，罗启欣，陈怡，杨志列，郑健文，孙静，李年莲，刘爱辉，王华玲，朱雨富，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：