镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的制备方法，包括以下步骤：对DD6镍基高温合金进行第一次雾化喷粉，向其中添加目标成分配比的痕量元素进行球磨混合；将混合后的粉末装入包套内真空除气，然后进行第一次热等静压；对热等静压锭坯进行第二次雾化喷粉，将粉末装入包套内真空除气，然后进行第二次热等静压，得到镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的热等静压锭坯，切取测试试样；使用扫描电子显微镜和电子能谱仪分别对试样进行组织检测和均匀性检测；通过电感耦合等离子体质谱法或石墨炉原子吸收法对试样进行痕量元素测定。本发明专利技术能够达到横纵10μm尺寸范围内的超微区均匀性，为痕量元素超微区成分定量分析奠定了基础。成分定量分析奠定了基础。成分定量分析奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的制备方法


[0001]本专利技术属于合金痕量元素标准物质制备
，具体涉及一种镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的制备方法。

技术介绍

[0002]镍基单晶高温合金能够消除晶界弱化对高温力学性能的不利影响，具有优异的高温性能，被广泛用于航空发动机和燃气轮机的高压涡轮叶片。由于元素添加的复杂化，元素的偏析也较严重，元素的偏析使得合金在凝固过程中析出不同的相。蠕变过程中γ相的溶质元素随位错的运动迁移至γ
′
相中，将阻碍或者加速缺陷运动，从而影响应变速率和应变量。由于镍基高温合金中痕量元素在枝晶间微区分布(约10μm)情况以及痕量元素的含量直接影响镍基高温合金材料的宏观性能，所以对镍基高温合金中痕量元素微区分析尺度的要求越来越高。在工业化的痕量元素分析监测与质量控制中，分析结果的准确性、一致性主要靠匹配的高品质标准物质来实现，但是由于缺乏分析方法的标准化和定量化，所以目前超微区的分析结果仅能达到定性、半定量的水平，这很难指导元素含量与材料性能的准确定量关系。
[0003]中国已有200多个科研机构和大型实验室在20多个工业领域中参与研制了5000余种各类标准物质，但是关于高温合金痕量元素标准物质的研究，历史上只有上世纪八十年代为满足高温合金中十几种痕量元素的分析需求，由中国航发北京航空材料研究院和北京钢铁研究总院分别开发研制了镍基高温合金痕量元素和铁镍基高温合金痕量元素系列化学标准物质，目前国内在用、在售的也只有这些，然而这些标准物质既无光谱标样又不适用于镍基高温合金痕量元素的超微区分析。
[0004]现有技术的镍基高温合金标准物质的制备方法以传统铸造方式为主，选择性地使用均匀化热处理制度以消除成分的偏析，此类方法的特点是可以加入多种元素，但是只能消除宏观的偏析，无法达到微观尺度(10μm)的均匀性。此外在半导体领域中，可以采用离子注入法制备痕量元素标准物质，但是该方法仅能实现单元素控制，且成本较高，而且在镍基高温合金痕量元素标准物质的研制方面暂无报道。可见现有的标准物质制备技术无法满足光电子能谱、原子探针、微区X射线荧光等微区成分分析设备的需求。
[0005]申请公布号为CN103759991A的专利技术专利公开了一种铸造高温合金标准物质中痕量元素砷的均匀性控制方法，包括以下步骤：按航标HB/Z131
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2004选取原材料并按配比称取，元素砷以化合物As2O3加入，As含量为50
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80％；采用石墨材料制备锭模，锭模直径为50
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300mm、高度为200
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800mm，在锭模内沿轴向加工多个均匀分布的盲孔，盲孔直径为1
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30mm、高度100
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600mm；采用MgO材料制备坩埚，碳、铬原材料在100
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300℃下保温1
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10h，按铸造高温合金熔炼工艺将原材料加入坩埚中，将铝、铪原材料和As2O3放入加料漏斗；将锭模放置在真空炉的浇注位置，合盖、抽真空、原材料熔化，待原材料化清后进行精炼处理，去除钢水中的有害气体和杂质，加入铝、铪、As2O3；将钢水温度控制在高温合金熔点温度以上50
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150℃，翻转坩埚将钢水快速浇注在石墨锭模中。该技术方案的合金标准物质采用铸造方式制备，
加入的痕量元素只能消除宏观的偏析，无法达到微观尺度(10μm)的均匀性，且该技术方案仅适用于单一元素砷在宏观尺度范围内的均匀性控制，不能用于同时控制多种痕量元素的均匀性，更不能用于同时控制多种痕量元素在微观尺度(10μm)范围内的均匀性。

技术实现思路

[0006]针对现有技术制备的镍基高温合金痕量元素标准物质无法达到超微区均匀的问题，本专利技术通过研制含有各种痕量元素的镍基高温合金超细粉末，制备了超微区均匀系列梯度痕量元素(10μm)的标准物质，以消除传统痕量元素加入方式使痕量元素在原始颗粒边界聚集而无法进入粉末颗粒内的技术限制。
[0007]本专利技术能够用于制备镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质。本专利技术的超微区是指在扫描电子显微镜下横纵方向为10μm
×
10μm以内的区域，10μm
×
10μm以外的区域不属于超微区。
[0008]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：
[0009]步骤一：选择DD6镍基高温合金作为基体，采用氩气雾化法对DD6镍基高温合金进行第一次雾化喷粉，得到DD6镍基高温合金粉末；将DD6镍基高温合金粉末进行筛分获得一定尺寸的粒径；
[0010]步骤二：向筛分后的DD6镍基高温合金粉末中添加目标成分配比的痕量元素粉末；
[0011]步骤三：将DD6镍基高温合金粉末和痕量元素粉末同时倒入球磨机中进行混合，得到镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的粉末；
[0012]步骤四：将镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的粉末装入不锈钢包套内，对其进行真空除气，待真空除气结束后，封装不锈钢包套；将不锈钢包套及其内部的镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的粉末作为整体进行第一次热等静压，待第一次热等静压结束后，去除不锈钢包套表皮，得到镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的热等静压锭坯；
[0013]步骤五：采用氩气雾化法对镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的热等静压锭坯进行第二次雾化喷粉，再次得到镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的粉末；
[0014]步骤六：将第二次雾化喷粉得到的镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的粉末装入不锈钢包套内，对其进行真空除气，待真空除气结束后，封装不锈钢包套；将不锈钢包套及其内部的镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的粉末作为整体进行第二次热等静压，待第二次热等静压结束后，去除不锈钢包套表皮，再次得到镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的热等静压锭坯；
[0015]步骤七：在第二次热等静压得到的镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的热等静压锭坯上切取用于微观检测分析和宏观定量分析的镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的试样；
[0016]步骤八：使用扫描电子显微镜和电子能谱仪分别对镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的试样进行组织检测和均匀性检测；
[0017]步骤九：通过电感耦合等离子体质谱法或石墨炉原子吸收法对镍基高温合金痕量
元素超微区均匀标准物质的试样进行痕量元素含量的测定，并将测定结果与标样中痕量元素的含量进行对比。
[0018]优选的是，步骤一中，对DD6镍基高温合金进行第一次雾化喷粉的工艺参数为：温度为1600
‑
1680℃、气体压力为3.5
‑
4.5MPa、熔体流速为3.5
‑
4kg/min；所述DD6镍基高温合金粉末经过筛分后，获得的粒径为15
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：步骤一：选择DD6镍基高温合金作为基体，采用氩气雾化法对DD6镍基高温合金进行第一次雾化喷粉，得到DD6镍基高温合金粉末；将DD6镍基高温合金粉末进行筛分获得一定尺寸的粒径；步骤二：向筛分后的DD6镍基高温合金粉末中添加目标成分配比的痕量元素粉末；步骤三：将DD6镍基高温合金粉末和痕量元素粉末同时倒入球磨机中进行混合，得到镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的粉末；步骤四：将镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的粉末装入不锈钢包套内，对其进行真空除气，待真空除气结束后，封装不锈钢包套；将不锈钢包套及其内部的镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的粉末作为整体进行第一次热等静压，待第一次热等静压结束后，去除不锈钢包套表皮，得到镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的热等静压锭坯；步骤五：采用氩气雾化法对镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的热等静压锭坯进行第二次雾化喷粉，再次得到镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的粉末；步骤六：将第二次雾化喷粉得到的镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的粉末装入不锈钢包套内，对其进行真空除气，待真空除气结束后，封装不锈钢包套；将不锈钢包套及其内部的镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的粉末作为整体进行第二次热等静压，待第二次热等静压结束后，去除不锈钢包套表皮，再次得到镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的热等静压锭坯；步骤七：在第二次热等静压得到的镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的热等静压锭坯上切取用于微观检测分析和宏观定量分析的镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的试样；步骤八：使用扫描电子显微镜和电子能谱仪分别对镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的试样进行组织检测和均匀性检测；步骤九：通过电感耦合等离子体质谱法或石墨炉原子吸收法对镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的试样进行痕量元素含量的测定，并将测定结果与标样中痕量元素的含量进行对比。2.根据权利要求1所述的镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的制备方法，其特征在于：步骤一中，对DD6镍基高温合金进行第一次雾化喷粉的工艺参数为，温度为1600
‑
1680℃、气体压力为3.5
‑
4.5MPa、熔体流速为3.5
‑
4kg/min；所述DD6镍基高温合金粉末经过筛分后，获得的粒径为15
‑
53μm。3.根据权利要求2所述的镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的制备方法，其特征在于：步骤二中，添加的痕量元素为B、P、S、As、Se、Sn、Sb、La、Ce和Y，各痕量元素占镍基高温合金痕量元素超微区均匀标准物质的质量百分比为，B为0.0002
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0.050wt％、P为0.00002
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0.0050wt％、S为0.00002
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0.0050wt％、As为0.00002
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0.0050wt％、Se为0.00002
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0.0050wt％、Sn为0.00002
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：高颂，高玄之，庞晓辉，许文勇，郑松波，张艳，
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：