【技术实现步骤摘要】
本申请涉及高温合金材料的，更具体地说，它涉及一种镍基高温合金及其制备方法。
技术介绍
1、高温合金是能够在650℃以上的高温环境里承受极端的应力并且长期服役的一类合金。高温合金按照基体分类主要是以镍基、铁基以及钴基，再加入多种合金元素进行强化，使得这类合金材料能够具备较好的机械强度、良好的抗氧化性、抗高温蠕变与抗疲劳性、好的组织稳定性和可靠性。由于镍基高温合金的稳定性优于铁基高温合金和钴基高温合金，因此，镍基高温合金作为现阶段开发的重点。
2、相关技术中，镍基高温合金主要包括固溶强化型和沉淀强化型。固溶强化性型镍基高温合金以hastelloy-x作为代表，hastelloy-x的主要成分如下：cr 22%、fe 18.5%、mo9%、w 0.6%，余量为ni和其他不可避免的杂质co、c；hastelloy-x中fe和cr含量较高，成本较低，但经过实际研究发现，hastelloy-x合金焊缝晶粒尺寸比母材大，易在晶界形成膜状共晶物，其熔点较低，易诱发开裂，导致热裂纹。并且，hastelloy-x合金中fe的氧化物容易发生二次氧化且容易脱落，因此hastelloy-x合金的抗氧化能力较差。
3、沉淀强化型镍基高温合金以gh4049作为代表，gh4049的主要成分如下：cr 10%、co15%、al+ti 5.7%、mo+w 10.5%，余量为ni和其他不可避免的杂质ce、c、b、v；gh4049中co是战略资源，且用量较大，gh4049的成本偏高。并且，gh4049中γ′相的尺寸偏大，导致剪切应力较小，蠕变速
4、综上，如何能够使得镍基高温合金兼具优异的抗氧化性能以及蠕变性能仍然是本行业的研究重点。
技术实现思路
1、为了能够使得镍基高温合金的抗氧化性能以及蠕变性能同步提升，本申请提供一种镍基高温合金及其制备方法。
2、第一方面，本申请提供一种镍基高温合金，采用如下的技术方案：
3、一种镍基高温合金，由按照如下质量百分比的元素组成：
4、cr 15.6%～19.2%、co 6.8%～11.5%、al 0.65%～1.05%、ti 1.95%～4.2%、b0.021%～0.06%、ru 0.84%～1.35%、ce 0.55%～1.4%、si 0.65%～1.15%；
5、余量为ni以及不可避免的杂质。
6、本申请中选择cr、al、ti、ce、co、ru和b等元素对镍基进行强化，控制上述元素在合适范围内，使得镍基高温合金的抗热氧化性能以及蠕变性能等综合性能得以同步提升；
7、cr和al具备较好的抗氧化性和耐磨性，配合ce的促氧化作用，ce促进了al和cr的选择性氧化，在生成保护性的al2o3和cr2o3氧化层，降低了氧化膜中nio的含量，减少内氧化，在此基础上，可以在降低cr、al含量的前提下，提升镍基高温合金整体的抗氧化性能；由于cr、al含量降低，能够降低有害相σ-ni的析出，从而有利于改善镍基高温合金的高温力学性能；
8、co加快了溶质的扩散系数，在一定程度上，弥补了ce元素原子的半径较大导致固液前沿扩散受阻的缺陷，起到固溶强化作用，能够对镍基高温合金的抗蠕变能力进行提升；还能够针对b、cr等元素的在γ/γ＇界面上的偏析进行缓解，可抑制长时间热暴露下的tcp相，从而降低镍基高温合金的热裂敏感性；控制co含量，使其能够在降低镍基高温合金的热裂敏感性以及抗蠕变能力提升之间达到平衡；
9、ti和al是形成γ＇相的主要元素，γ＇相能够有效提升镍基高温合金的力学性能；本申请中降低ti和al的元素含量，使得其在不影响镍基高温合金高温力学性能的前提下尽可能降低，在此范围内，能够兼顾镍基合金高温力学性能以及裂纹敏感性的改善；
10、b能够对晶界和枝晶间起到强化作用，在枝晶间区域的析出使共晶相硬化，有利于提高镍基高温合金的组织稳定性；
11、ce容易与o、s等杂质元素先反应，反应产物起到异质成核作用，并促进等轴晶的形成，从而起到细化晶粒的作用，能够有效降低裂纹密度；基于ce的细化晶粒作用，能够有效调控γ＇相尺寸，使得γ＇相尺寸减小，γ＇相弥散在镍基高温合金中，γ＇相的面积增加，克服了b元素添加量稍高导致的γ＇相面积百分比降低的问题，镍基高温合金既具备优异的高温力学性能又能具备较好的抗蠕变性能；
12、ru能够提高镍基高温合金的液相线温度，提高合金的高温蠕变性能和组织稳定性，同时，cr影响ru，引起“逆分配”效应，ru的添加增大了cr的γ/γ′相分配系数，使cr在γ相的饱和度增加，在不影响镍基高温合金力学性能的前提下，降低镍基高温合金的热裂敏感性；
13、si的加入还可以有效降低基体中金属元素通过 sio、cro等氧化层的扩散速率和o元素的浸润，避免了内部大部分氧化的发生，提高了镍基高温合金熔覆层的抗氧化性。
14、综上所述，在上述合金元素的共同作用下，控制各个元素的质量百分比，使得镍基高温合金内部γ＇相面积大，且γ＇相尺寸尽可能向小，tcp相以及有害相σ-ni的析出可能性降低， 镍基高温合金的高温力学性能、抗蠕变性能、抗氧化性以及热裂敏感性能均得以改善。
15、进一步的，所述镍基高温合金中，ce的质量百分比为0.68%～0.72%，al的质量百分比为0.7%～0.8%，ti的质量百分比为2.5%～3%。
16、进一步的，所述镍基高温合金中，cr的质量百分比与ce、al和ti的质量百分比之间的关系如下：wcr=[2.18-(wce+0.015×wal+0.12×wti)]×15；
17、其中，wcr为cr的质量百分比，wce为ce的质量百分比，wal为al的质量百分比，wti为ti的质量百分比。
18、通过采用上述技术方案，al以及ti的质量百分比控制在此范围内，既能够兼顾γ＇相面积的增加，从而有助于镍基高温合金力学性能的提升；又能够在ce的促选择性氧化作用下，以控制cr含量降低，减少有害相σ-ni的析出，镍基高温合金综合性能较优。
19、进一步的，所述镍基高温合金中，co的质量百分比与ce的质量百分比之间的关系如下：wco=(12～15)×wce；
20、其中，wco为co的质量百分比，wce为ce的质量百分比。
21、通过采用上述技术方案，本申请人经过大量实验发现co的质量百分比与ce的质量百分比控制在此比例范围内时，ce原子半径对镍基高温合金中溶质扩散几乎无影响，镍基高温合金的抗蠕变能力较为优异。
22、进一步的，所述镍基高温合金中，b的质量百分比与ce、co的质量百分比之间的关系如下：wb=[(wco/10)2+wce2)]×0.025；
23、其中，wb为b的质量百分比，wco为co的质量百分比，wce为ce的质量百分比。
24、通过采用上述技术方案，针对b含量进行调控，使得镍基高温合金既能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种镍基高温合金，其特征在于，由按照如下质量百分比的元素组成：
2.如权利要求1所述的一种镍基高温合金，其特征在于：所述镍基高温合金中，Co的质量百分比与Ce的质量百分比之间的关系如下：WCo=(12～15)×WCe；
3.如权利要求2所述的一种镍基高温合金，其特征在于：所述镍基高温合金中，B的质量百分比与Ce、Co的质量百分比之间的关系如下：WB=[(WCo/10)2+WCe2)]×0.025；
4.如权利要求3所述的一种镍基高温合金，其特征在于：所述镍基高温合金中，Ru的质量百分比与Cr的质量百分比之间的关系如下：WRu=(0.04～0.065)×WCr；
5.权利要求1-4中所述的一种镍基高温合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
6.如权利要求5所述的一种镍基高温合金的制备方法，其特征在于：所述球形镍基高温合金粉末的平均分布粒径D90为25～50μm。
【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金，其特征在于，由按照如下质量百分比的元素组成：
2.如权利要求1所述的一种镍基高温合金，其特征在于：所述镍基高温合金中，co的质量百分比与ce的质量百分比之间的关系如下：wco=(12～15)×wce；
3.如权利要求2所述的一种镍基高温合金，其特征在于：所述镍基高温合金中，b的质量百分比与ce、co的质量百分比之间的关系如下：wb=[(wco/10)2+wce2)]×0....
【专利技术属性】
技术研发人员：张文涛，朱豪杰，成群，
申请(专利权)人：无锡市雪浪合金科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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