專利名稱：：特種顆粒增強(qiáng)高溫合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種新型鎳基高纟顯合金及其制備方法，屬于高溫合金材料。
背景技術(shù)：
：高溫合金是以第職族金屬(鐵、鈷、鎳)為基的具有高的室溫和高溫強(qiáng)度的合金。從高溫合金的產(chǎn)生和發(fā)展至今已經(jīng)歷了60多年。推動(dòng)其發(fā)展的動(dòng)力是航空和航天工業(yè)燃汽輪機(jī)對(duì)耐熱合金的需求。高溫合金的發(fā)展也帶動(dòng)了合金化學(xué)及合金加工技術(shù)的進(jìn)步。鎳基高溫合金是由復(fù)雜固溶體和耐熱強(qiáng)化相構(gòu)成的，基底固溶體愈復(fù)雜、組元間化學(xué)性質(zhì)相差愈大、同時(shí)又很少降低鎳的熔點(diǎn)，則固溶體晶格的歪曲就愈強(qiáng)烈，其中各組元的化學(xué)結(jié)合強(qiáng)度愈高，固溶體的強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度也就愈高。氧化物顆粒彌散強(qiáng)化相的生成熱愈大，熔點(diǎn)愈高，與基底固溶體之間的原子交換愈不容易，化合物穩(wěn)定，耐熱性、耐熱強(qiáng)度也就愈高?，F(xiàn)用鎳基高纟顯合金大都是6元、8元、IO元以上的合金。幾乎全部都含有Cr，它既強(qiáng)化合金的基底，更重要地是提高合金的高纟顯抗氧化性能；幾乎全部都含有Al或Ti，有強(qiáng)化基地的作用，更重要的是生成NisAl，Ni3Ti等彌散強(qiáng)化相；這些Ti、Al構(gòu)成的化合物在合金奧氏體化以后，經(jīng)高溫長時(shí)間時(shí)效，起到彌散強(qiáng)化的作用，提高了鎳基合金的高溫強(qiáng)度。鎳基高溫合金中的多種其它元素，如Co、Mo、W、V、Nb、Ta等主要是使固溶體復(fù)雜化，提高室溫和高溫強(qiáng)度。如Ce，主要是清除有害雜質(zhì)，g善氧化膜性質(zhì)等；如B，主要是強(qiáng)化晶界等。近年來隨著現(xiàn)代粉末冶金加工技術(shù)的應(yīng)用和氧化物顆粒彌散強(qiáng)化(0DS)合金的出現(xiàn)，0DS高溫合金在接近材料熔點(diǎn)纟顯度的同時(shí)，仍能保持高的持久強(qiáng)度，而普通靠Y'相或(a+Y')相強(qiáng)化的高溫合金只會(huì)g在低溫(600。C800。C)、中溫(800°C1000°C)使用，采用A1203、103彌散強(qiáng)化的高溫合金是目前使用溫度最高的合金，如美國的IN738合金等。目前，美國、日本、德國、英國、法國等國家均投入大量的人力、物力進(jìn)行研究和開發(fā)。國內(nèi)主要有北京航空材料研究院、北京鋼鐵研究總院、沈陽金屬研究所等單位從事鎳基高溫合金的研究開發(fā)，但是大多數(shù)成果均為航空、航天禾暉工服務(wù)，而為民用工業(yè)服務(wù)的較少。
發(fā)明內(nèi)容對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)使用的新型鎳基高溫合金，用傳統(tǒng)的鑄錠冶金制造的合金的冷、熱加工性能和使用性能受到偏析和晶粒粗大等的影響；粉末冶金的工藝能夠克服上述合金鑄造工藝技術(shù)的弱點(diǎn)，會(huì)巨夠降低材料中雜質(zhì)元素含量，減少合金元素的偏析，細(xì)化晶粒和改善合金性能；但是，制備工序復(fù)雜，零件形狀受到成型模具的限制。本發(fā)明采用粉末冶金制粉，并結(jié)合粉末內(nèi)氧化原位化學(xué)反應(yīng)、熱等靜壓等現(xiàn)代粉末冶金加工技術(shù)的集成，開發(fā)出NiNbZrVLaACe203ErA氧化物顆粒增強(qiáng)高溫合金材料，具有比現(xiàn)行熔鑄工藝制備的鎳基合金更高的高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性能，從根本上提高合金的綜合性能，延長使用壽命，從而也大大拓展了鎳基高溫合金的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，利用多元合金系元素、真空快速凝固制粉、粉末內(nèi)氧化原位反應(yīng)、熱等靜壓等先進(jìn)粉末冶金技術(shù)的優(yōu)化集成，為特種顆粒增強(qiáng)高f顯合金及其制備加工，提供了嶄新途徑。本發(fā)明的特種顆粒增強(qiáng)高溫合金，其化學(xué)成份(重量％)為1.020.0Nb，1.020.0Zr，1.020.0V，1.010.0La203，1.010.0Ce203，1.010.0ErA，余量為Ni。特種顆粒增強(qiáng)高溫合金材料的制備方法，依序包括下列工藝步驟(1)在真空中頻熔煉爐中(真空度〉1X10—2Pa)，熔煉按化學(xué)成分比例配置好的Ni、Nb、Zr、V、La、Ce、Er等金屬元素；(2)在真空條件下(真空度〉1X10—2Pa)，以冷卻速率104105K/s，霧化氣體壓力1.0MPa2.0MPa，導(dǎo)流管直徑為①3,①6mm，將步驟(1)所得的合金液體霧化成私、末；(3)在大氣內(nèi)氧化爐內(nèi)，將NiNbZrVLaCeEr合金粉末進(jìn)行內(nèi)氧化原位反應(yīng)處理，內(nèi)氧化溫度600。C800。C，處理時(shí)間4872小時(shí)；(4)將NiNbZrVLaACe203ErA氧化物顆粒增強(qiáng)復(fù)合粉末進(jìn)行機(jī)械分篩，取一100目粉末進(jìn)行熱等靜壓，熱等靜壓壓力1000MPa2000MPa，溫度900。C1200。C;(5)合金壓坯的形狀為板狀、棒材或圓柱狀等；(6)最終制備得NiNbZrVLa203CeAEr2Q,氧化物顆粒增強(qiáng)高溫合金材料。具體實(shí)施方式本發(fā)明的特種顆粒增強(qiáng)高溫合金，其化學(xué)成份(重量％)為:1.020.0Nb，1.020.0Zr，1.020.0V，1.010.OLaA，1.010.0Ce203，1.010.0ErA，余量為Ni。特種顆粒增強(qiáng)高溫合金材料的制備方法，依序包括下列工藝步驟(1)在真空中頻熔煉爐中(真空度〉lXl(TPa)，熔煉按化學(xué)成分比例配置好的Ni、Nb、Zr、V、La、Ce、Er等金屬元素；(2)在真空條件下(真空度:〉1X10—2pa)，以冷卻速率104105K/s，霧化氣體壓力1.0MPa2.OMPa，導(dǎo)流管直徑為0>3mmO6ram，將步驟(1)所得的合金液體霧化成粉末；(3)在大氣內(nèi)氧化爐內(nèi)，將NiNbZrVLaCeEr合金粉末進(jìn)行內(nèi)氧化原位反應(yīng)處理，內(nèi)氧化溫度600。C800。C，處理時(shí)間4872小時(shí)；(4)將NiNbZrVLa2Q,Ce203ErA氧化物顆粒增強(qiáng)復(fù)合粉末進(jìn)行機(jī)械分篩，取一IOO目粉末進(jìn)行熱等靜壓，熱等靜壓壓力1000MPa2000MPa，溫度900。C120(TC;(5)合金壓坯的形狀為板狀、棒材或圓柱狀等；(6)最終制備得NiNbZrVLa203CeAEr203氧化物顆粒增強(qiáng)高溫合金材料。本發(fā)明的特種顆粒增強(qiáng)高溫合金材料具體實(shí)施列為材料的物理、力學(xué)性能及熔化溫度范圍如表1所示。表l.鎳基高溫合金加工態(tài)室溫剝牛下的技術(shù)性能指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求1、特種顆粒增強(qiáng)鎳基高溫合金材料，其特征在于其化學(xué)成份的重量百分比為1.0～20.0Nb，1.0～20.0Zr，1.0～20.0V，1.0～10.0La2O3，1.0～10.0Ce2O3，1.0～10.0Er2O3，余量為Ni。2、特種顆粒增強(qiáng)鎳基高溫合金材料的制備方法，其特征在于依序包括下列工藝步驟(1)在真空中頻熔煉爐中，熔煉按化學(xué)成分比例L020.0Nb，1.020.0Zr，1.020.0V，1.010.OLaA，1.010.0Ce203，1.010,0Er203，余量為Ni配置好的Ni、Nb、Zr、V、La、Ce、Er多元金屬元素；(2)在真空條件下，真空度〉1X10—2Pa，以冷卻速率104105K/s，霧化氣體壓力1.0MPa2.OMPa，導(dǎo)流管直徑為03mm06腿，將步驟(1)所得的合金液體霧化成粉末；(3)在大氣內(nèi)氧化爐內(nèi)，將NiNbZrVLaCeEr合金粉末進(jìn)行內(nèi)氧化處理；(4)將NiNbZrVLaACe203Er203氧化物顆粒增強(qiáng)復(fù)合粉末進(jìn)行機(jī)械分篩，取_100目粉末進(jìn)行熱等靜壓成型；(5)合金壓坯的形狀為板狀、棒材或圓柱狀等；(6)最終制備得NiNbZrVLa203Ce203Er203氧化物顆粒增強(qiáng)高溫合金材料。3、如權(quán)利要求2所述的特種顆粒增強(qiáng)鎳基高溫合金材料的審U備方法，其特征所述的真空中頻熔煉爐的真空度〉1X10—2Pa。4、如權(quán)利要求2所述的特種顆粒增強(qiáng)鎳基高溫合金材料的制備方法，其特征所述的內(nèi)氧化處理處理纟顯度600°C800°C，處理時(shí)間4872小時(shí)。5、如權(quán)利要求2所述的特種顆粒增強(qiáng)鎳基高溫合金材料的制備方法，其特征所述的熱等靜壓成型時(shí)熱等靜壓壓力1000MPa2000MPa，溫度900。C1200。C全文摘要本發(fā)明公開了一種新型鎳基高溫合金及其制備方法。鎳基高溫合金的重量百分比化學(xué)成分為1.0～20.0Nb，1.0～20.0Zr，1.0～20.0V，1.0～10.0La₂O₃，1.0～10.0Ce₂O₃，1.0～10.0Er₂O₃，余量為Ni。其制備方法為將鎳(Ni)、鈮(Nb)、鋯(Zr)、釩(V)、鑭(La)、鈰(Ce)、鉺(Er)等金屬元素，按照合金化學(xué)成分設(shè)計(jì)配方比例配好，在真空中頻熔煉和制粉設(shè)備中熔化，再通過快速凝固惰性氣體霧化制份，制備成NiNbZrVLaCeEr合金粉末；粉末經(jīng)過內(nèi)氧化原位反應(yīng)，生成NiNbZrVLa₂O₃Ce₂O₃Er₂O₃氧化物顆粒增強(qiáng)復(fù)合粉末；粉末再經(jīng)過篩分，取-100目復(fù)合粉末進(jìn)行熱等靜壓直接成型，獲得板狀、棒狀或圓柱狀等成品。該合金材料具有強(qiáng)度高、硬度大、耐腐蝕、耐高溫、熱膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)，可用做化工、礦山、機(jī)械、冶金、玻璃、機(jī)電等行業(yè)中的壓力容器、齒輪、模具等零件部件材料。文檔編號(hào)C22C1/10GK101429607SQ200810233689公開日2009年5月13日申請(qǐng)日期2008年12月8日優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日發(fā)明者劉滿門,唐都作,姚興旺,宋興誠,浩崔,徐勝利,楊有才,明謝,陳永泰,黃榮生申請(qǐng)人:昆明貴金屬研究所;云南錫業(yè)股份有限公司冶煉分公司