一种氮化物增强高温合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及高温合金及其制备技术领域，具体涉及一种氮化物增强高温合金及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种氮化物增强高温合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高温合金制备
，具体涉及一种氮化物增强高温合金及其制备方法
。

技术介绍

[0002]高温合金是以铁基
、
镍基和钴基为代表的一类金属材料，具有优异耐高温性能
、
抗氧化和抗高温蠕变等性能，因此它们在航空航天
、
能源和核能等领域得到了广泛应用
。
随着技术的发展和科技的进步，面对更高推力的新一代飞行器的需求，需要性能更加优异的高温合金才能满足新一代飞行器的发展需求，因此为了进一步提高高温合金的性能和延长使用寿命，研究人员开始探索添加热稳定性和高温力学更好的陶瓷相来增强高温合金的方法
。
[0003]通过适量引入陶瓷增强相到合金中，可以有效地改善高温合金的高温力学性能
、
耐热性能和抗腐蚀性能，以满足更高工作温度下的需求
。
目前颗粒加入合金的添加方式主要分为外加法和原位自生法
。
外加法是将事先合成的陶瓷相加入金属基体中，虽然具有多样的增强相选择和较好的可调性等优点，然而这种方法也存在以下缺点：
1.
界面结合强度相对较低：外加法增强金属基复合材料中，增强物与金属基体之间的界面结合通常较弱，容易发生界面分离和剥落；
2.
制备成本较高：相比于原位自生金属基复合材料，外加法颗粒增强金属基复合材料的制备成本通常较高
。
原位自生金属基复合材料是一种通过在金属基复合材料成型阶段，在高温条件下合成陶瓷增强相
。
原位自生金属基复合材料具有以下优点：
1.
易于实现：通过改变合金反应条件和添加适当的原料，可以相对简单地实现原位自生金属基复合材料的制备过程；
2.
良好的界面结合：由于金属基复合材料中的增强物在金属基体内生成，其界面结合强度通常较高
。
这可以提高材料的强度和刚度；
3.
良好的热稳定性：原位自生金属基复合材料具有较好的热稳定性，可以在高温环境下保持良好的力学性能；
4.
较低的制备成本：与外加法颗粒增强金属基复合材料相比，原位自生金属基复合材料的制备成本相对较低
。
在众多陶瓷颗粒中，氮化物陶瓷表现出高熔点和良好的热稳定性
。
它具有较高的熔点，能够在高温环境下稳定工作，不易熔化或退化
。
因此，将氮化物添加到高温合金中可以显著提高其高温力学性能
。
[0004]然而，目前针对制备原位自生氮化物增强高温合金的方法主要是在高温下通过含氮反应气氛产生氮化物
。
由于气态气氛需要从材料表面扩散到内部才能生成氮化物，导致目前原位自生氮化物增强高温合金存在组织不均匀性，并可能在表面形成致密的氮化物涂层
。
如公开号为
CN114507789A
的中国专利中公开了通过含
Ti
的镍合金通过在含氮的气氛下烧结原位生成
TiN
增强镍基复合材料，氮气在高温下扩散金属坯体势必会形成一定梯度，因此导致生成的氮化物在坯体表面和内部不均匀
。
因此，当前还缺乏一种能够实现在坯体表面和内部都均匀生成氮化物层的原位自生氮化物增强高温合金的制备方法
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种氮化物增强高温合金及其制备方法，能够克服目前依靠气体氮源造成原位生成氮化物在高温合金中不均匀的现象，进而提高高温合金力学性能
。
[0006]为了实现上述的目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0007]本专利技术提供一种氮化物增强高温合金，包括以
A
组分和
B
组分，其中所述的
A
组分组成包括体积百分比计
1.5
～
15.5
％的氮化物，所述的
B
组分原料以摩尔比计，包括固体氮源：
1.5
～
15.5
％，
M
：
1.5
～
15.5
％，固体氮源与
M
的摩尔比为：
1:1
，其中
M
为
Ti
和
Al
中的一种或两种金属元素，其余为
Co
或
Fe
或
Ni
中的一种或多种
。
[0008]作为优选的技术方案：
[0009]具体的，所述
B
组分中固体氮源为氮化锂
(Li3N)、
氮化钠
(Na3N)、
氮化钾
(K3N)
和氮化镁
(Mg3N2)
中的一种或多种
。
[0010]具体的，所述
A
组分中氮化物由
M
元素和固体氮源在烧结过程中原位自生而成
。
[0011]具体的，所述
A
组分中的氮化物为
TiN
和
AlN
中的一种或多种，氮化物的平均尺寸在
20
～
40nm。
[0012]本专利技术还提供了一种氮化物增强高温合金的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1.
配料配比：按照上诉
B
组分配比原始粉末；
[0014]S2.
球磨均匀：采用高能球磨法混合均匀
S1
步骤称量的
B
组分粉末；
[0015]S3.
坯体成型：将步骤
S2
球磨均匀的粉末进行坯体成型；
[0016]S4.
烧结致密：将步骤
S3
成型好的坯体进行高温烧结
。
[0017]作为优选的技术方案：
[0018]具体的，所述步骤
S1
中粉末摩尔比为：包括氮化锂
Li3N
：
1.5
～
15.5
％，
M
：
1.5
～
15.5
％，固体氮源与
M
的摩尔比为：
1:1
，其中
M
为
Ti
和
Al
中的一种或多种金属元素，其余为
Co
或
Fe
或
Ni
中的一种或多种
。
[0019]具体的，所述步骤
S2
中，所述高能球磨法，球磨转速为
250
～
350
转
/
分钟，球磨时间为2～
5h。
[0020]具体的，所述步骤
S2
中，所述高能球磨法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种氮化物增强高温合金，其特征在于，包括
A
组分和
B
组分，所述
A
组分的组成包括体积百分比计
1.5
～
15.5
％的氮化物；所述
B
组分的原料以摩尔比计，包括
1.5
～
15.5
％的固体氮源
、1.5
～
15.5
％的
M
以及余量为
Co、Fe
或
Ni
中的一种或多种，其中
M
为
Ti、Al
中的一种或多种
。2.
如权利要求1所述的氮化物增强高温合金，其特征在于，所述
B
组分中固体氮源为
Li3N、Na3N、K3N、Mg3N2中的一种或多种
。3.
如权利要求1所述的氮化物增强高温合金，其特征在于，所述
A
组分中氮化物由
M
元素和固体氮源在烧结过程中原位自生而成
。4.
如权利要求1所述的氮化物增强高温合金，其特征在于，所述
A
组分中的氮化物为
TiN
和
AlN
中的一种或多种，氮化物的平均尺寸在
20
～
40nm。5.
一种如权利要求1～4任一项所述的氮化物增强高温合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.
原料配比：按照所述
B
组分配比原始粉末；
S2.
球磨均匀：采用高能球磨法将步骤
S1
中配比好的
B
组分粉末混合均匀；
S3.
坯体成型：将步骤
S2
球磨均匀的粉末进行坯体成型；
S4.
烧结致密：将步骤
S3
成型好的坯体进行高温烧结
。6.
如权利要求5所述的氮化物增强高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤
...

【专利技术属性】
技术研发人员：于连旭，王晓蓉，文超，张彭威，孙岳来，
申请(专利权)人：南京国重新金属材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：