一种纳米NbB2颗粒增强NiAl合金制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米NbB2颗粒增强NiAl合金制备方法，包括：一、制备镍包覆NbB2纳米颗粒；二、将NiAl合金原料放入真空熔炼设备熔炼室内的水冷铜坩埚中，将镍包覆NbB2纳米颗粒和Al粉分别放入真空熔炼设备的投料口；其中，熔炼室内的真空度保持在5Pa～20Pa；三、向熔炼室内充入惰性气体，使熔炼室的压力保持在10000Pa～20000Pa；熔炼室开始加热，并且逐渐增大加热功率，直到NiAl合金全部熔化，得到NiAl合金熔体；四、将投料口处的镍包覆NbB2纳米颗粒加入到水冷铜坩埚中NiAl合金熔体内；通过电磁感应搅拌使得NbB2纳米颗粒在NiAl熔体中充分分散后，加入Al粉，得到增强的NiAl合金熔体；五、在熔炼室内，利用磨具浇铸增强的NiAl合金熔体；浇铸完成并冷却后，得到纳米NbB2颗粒增强NiAl合金。粒增强NiAl合金。粒增强NiAl合金。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米NbB2颗粒增强NiAl合金制备方法


[0001]本专利技术属于纳米颗粒强化高温镍铝基合金
，特别涉及一种纳米NbB2颗粒增强NiAl合金制备方法。

技术介绍

[0002]随着我国航空航天工业升级改造，对于先进高性能材料性能的需求不断提高，急需开发高性能高温合金及其强化手段。近期研究表明，纳米颗粒尤其是纳米陶瓷可高效强化高温合金材料，但是纳米颗粒由于较大的比表面积造成极易表面吸附和颗粒彼此团聚，因此，如何解决纳米颗粒的团聚问题，如何解决纳米颗粒加入到熔体后的分散问题将是强化高温合金材料的重要问题，具有显著意义及实际应用价值。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种纳米NbB2颗粒增强NiAl合金制备方法，其能够改善NbB2陶瓷颗粒在NiAl合金中团聚现象，并且使镍包覆的NbB2陶瓷颗粒与NiAl合金的界面结合得到提高。
[0004]本专利技术提供的技术方案为：
[0005]一种纳米NbB2颗粒增强NiAl合金制备方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一、制备镍包覆NbB2纳米颗粒；
[0007]步骤二、将NiAl合金原料放入真空熔炼设备熔炼室内的水冷铜坩埚中，将所述镍包覆NbB2纳米颗粒和Al粉分别放入真空熔炼设备熔炼室的投料口；
[0008]其中，熔炼室内的真空度保持在5Pa～20Pa；
[0009]步骤三、向所述熔炼室内充入惰性气体，使所述熔炼室的压力保持在10000Pa～20000Pa；熔炼室开始加热，并且逐渐增大加热功率，直到NiAl合金全部熔化，得到NiAl合金熔体；
[0010]步骤四、将投料口处的镍包覆NbB2纳米颗粒加入到水冷铜坩埚中NiAl合金熔体内；通过电磁感应搅拌使得NbB2纳米颗粒在NiAl熔体中充分分散后，加入Al粉，得到增强的NiAl合金熔体；
[0011]其中，NbB2纳米颗粒的质量占增强的NiAl合金熔体总质量的0.05～0.30wt.％；
[0012]步骤五、在所述熔炼室内，利用磨具浇铸增强的NiAl合金熔体；浇铸完成并冷却后，得到所述纳米NbB2颗粒增强NiAl合金。
[0013]优选的是，在所述步骤一中，制备镍包覆NbB2纳米颗粒，包括如下步骤：
[0014]步骤1、将镍粉与NbB2粉体混合，并放入球磨机内均匀化处理，得到混合粉体；
[0015]其中，镍粉的粒径为20微米～200微米，NbB2粉体粒径为10微米～100微米；所述混合粉体中，镍粉的占比为20～50wt％；
[0016]步骤2、在真空反应室中充入惰性气体，利用高频直流电源产生稳定的惰性气体混合热等离子体；将所述混合粉体送入所述真空反应室，经过所述热等离子体后反应后，经快
速冷却，得到镍包覆的NbB2粉体；
[0017]步骤3、在所述镍包覆的NbB2粉体中筛选出600纳米以下的颗粒，即为所述镍包覆NbB2纳米颗粒。
[0018]优选的是，在所述步骤2中，充入惰性气体的真空反应室的气压处于0.01MPa～0.03MPa。
[0019]优选的是，在所述步骤2中，以3米/秒～20米/秒的速度将所述混合粉体送入所述真空反应室。
[0020]优选的是，在所述步骤三中制备NiAl合金熔体过程中，加热功率每次提升3kW～7kW并保持5～8分钟。
[0021]优选的是，在所述步骤四中，NbB2纳米颗粒在NiAl熔体中充分分散40秒～80秒后，加入Al粉。
[0022]优选的是，在所述步骤四中，加入Al粉3分钟～7分钟后，进行浇铸。
[0023]优选的是，在所述步骤五中，浇铸过程中逐渐降低熔炼设备的功率至0。
[0024]优选的是，在所述步骤五中，采用石墨模具进行浇铸。
[0025]优选的是，在所述步骤五中，在进行浇铸前，还包括将所述模具提前放在真空熔炼室中进行预热。
[0026]本专利技术的有益效果是：
[0027]本专利技术提供的纳米NbB2颗粒增强NiAl合金制备方法，其能够改善NbB2陶瓷颗粒在NiAl合金中团聚现象，并且使镍包覆的NbB2陶瓷颗粒与NiAl合金的界面结合得到提高。该制备方法简单易控制和自动化，具有着重要的实际应用价值。
附图说明
[0028]图1为本专利技术对比例1的NiAl合金显微组织。
[0029]图2为本专利技术实施例1的NiAl
‑
0.05wt.％合金显微组织。
[0030]图3为本专利技术实施例1的X射线衍射相分析。
[0031]图4为本专利技术实施例1的镍包覆NbB2纳米颗粒组织形貌图。
[0032]图5为本专利技术实施例2的NiAl
‑
0.15wt.％合金显微组织。
[0033]图6为本专利技术实施例2的X射线衍射相分析。
[0034]图7为本专利技术实施例2的镍包覆NbB2纳米颗粒组织形貌图。
[0035]图8为本专利技术实施例3的NiAl
‑
0.3wt.％合金显微组织。
[0036]图9为本专利技术实施例3的X射线衍射相分析。
[0037]图10为本专利技术实施例3的镍包覆NbB2纳米颗粒组织形貌图。
具体实施方式
[0038]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0039]本专利技术提供了一种纳米NbB2颗粒增强NiAl合金制备方法，具体制备过程如下，制备过程在高频感应等离子体制备纳米粉体装置和真空熔炼设备熔炼室中进行。
[0040](1)高频感应等离子体制备镍包覆NbB2纳米颗粒；
[0041](1a)微米镍粉和微米NbB2粉体混合物配置和均匀混合：
[0042]配置混合粉体，成分为：50wt％～80wt％微米NbB2粉，NbB2粉体尺寸为10～100微米，纯度99.5wt％；20wt％～50wt％微米镍粉，镍粉体尺寸为20
‑
200微米，纯度99.5wt％；将配好的混合粉体放入球磨机内以10～60r/min的速度进行均匀化处理，混合30
‑
90分钟；将球磨后的粉料取出，待用。
[0043](1b)微米镍粉和微米NbB2粉体混合物经高频感应等离子体制备镍包覆NbB2纳米颗粒：
[0044]首先使充入惰性气体的真空反应室的气压处于0.01～0.03MPa，利用高频电源和直流电源产生稳定的惰性混合气体热等离子体。随后以3～20米/秒的速度将微米镍粉和微米NbB2粉体混合物送进反应室，高能量密度热等离子体作用于混合粉体时，产生等离子体，该等离子体在扩散过程中，不断与惰性气体原子发生激烈的碰撞，然后利用冷却装置迅速冷却，自发成核并凝聚生长成超微粒团簇，团簇形成后，通过气体对流作用而迅速离开过饱和区，最后沉积在粒子收集装置的器壁，由于NbB2熔点高而先形核凝固，镍熔点较低而后在已经形成的NbB2表面形核，实现镍对NbB2颗粒的包覆。
[0045](1c)镍包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米NbB2颗粒增强NiAl合金制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、制备镍包覆NbB2纳米颗粒；步骤二、将NiAl合金原料放入真空熔炼设备熔炼室内的水冷铜坩埚中，将所述镍包覆NbB2纳米颗粒和Al粉分别放入真空熔炼设备熔炼室的投料口；其中，熔炼室内的真空度保持在5Pa～20Pa；步骤三、向所述熔炼室内充入惰性气体，使所述熔炼室的压力保持在10000Pa～20000Pa；熔炼室开始加热，并且逐渐增大加热功率，直到NiAl合金全部熔化，得到NiAl合金熔体；步骤四、将投料口处的镍包覆NbB2纳米颗粒加入到水冷铜坩埚中NiAl合金熔体内；通过电磁感应搅拌使得NbB2纳米颗粒在NiAl熔体中充分分散后，加入Al粉，得到增强的NiAl合金熔体；其中，NbB2纳米颗粒的质量占增强的NiAl合金熔体总质量的0.05～0.30wt.％；步骤五、在所述熔炼室内，利用磨具浇铸增强的NiAl合金熔体；浇铸完成并冷却后，得到所述纳米NbB2颗粒增强NiAl合金。2.根据权利要求1所述的纳米NbB2颗粒增强NiAl合金制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，制备镍包覆NbB2纳米颗粒，包括如下步骤：步骤1、将镍粉与NbB2粉体混合，并放入球磨机内均匀化处理，得到混合粉体；其中，镍粉的粒径为20微米～200微米，NbB2粉体粒径为10微米～100微米；所述混合粉体中，镍粉的占比为20～50wt％；步骤2、在真空反应室中充入惰性气体，利用高频直流电源产生稳定的惰性气体混合热等离子体；将所述混合粉体送入所述真空反应室，经过所述热等离子体后反应后，经...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宏宇，钟鑫淼，董柏欣，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：