专利名称：：特种颗粒增强高温合金及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种新型镍基高纟显合金及其制备方法，属于高温合金材料。
背景技术：
：高温合金是以第職族金属(铁、钴、镍)为基的具有高的室温和高温强度的合金。从高温合金的产生和发展至今已经历了60多年。推动其发展的动力是航空和航天工业燃汽轮机对耐热合金的需求。高温合金的发展也带动了合金化学及合金加工技术的进步。镍基高温合金是由复杂固溶体和耐热强化相构成的，基底固溶体愈复杂、组元间化学性质相差愈大、同时又很少降低镍的熔点，则固溶体晶格的歪曲就愈强烈，其中各组元的化学结合强度愈高，固溶体的强度和高温强度也就愈高。氧化物颗粒弥散强化相的生成热愈大，熔点愈高，与基底固溶体之间的原子交换愈不容易，化合物稳定，耐热性、耐热强度也就愈高。现用镍基高纟显合金大都是6元、8元、IO元以上的合金。几乎全部都含有Cr，它既强化合金的基底，更重要地是提高合金的高纟显抗氧化性能；几乎全部都含有Al或Ti，有强化基地的作用，更重要的是生成NisAl，Ni3Ti等弥散强化相；这些Ti、Al构成的化合物在合金奥氏体化以后，经高温长时间时效，起到弥散强化的作用，提高了镍基合金的高温强度。镍基高温合金中的多种其它元素，如Co、Mo、W、V、Nb、Ta等主要是使固溶体复杂化，提高室温和高温强度。如Ce，主要是清除有害杂质，g善氧化膜性质等；如B，主要是强化晶界等。近年来随着现代粉末冶金加工技术的应用和氧化物颗粒弥散强化(0DS)合金的出现，0DS高温合金在接近材料熔点纟显度的同时，仍能保持高的持久强度，而普通靠Y'相或(a+Y')相强化的高温合金只會g在低温(600。C800。C)、中温(800°C1000°C)使用，采用A1203、103弥散强化的高温合金是目前使用温度最高的合金，如美国的IN738合金等。目前，美国、日本、德国、英国、法国等国家均投入大量的人力、物力进行研究和开发。国内主要有北京航空材料研究院、北京钢铁研究总院、沈阳金属研究所等单位从事镍基高温合金的研究开发，但是大多数成果均为航空、航天禾晖工服务，而为民用工业服务的较少。
发明内容对于现代工业技术使用的新型镍基高温合金，用传统的铸锭冶金制造的合金的冷、热加工性能和使用性能受到偏析和晶粒粗大等的影响；粉末冶金的工艺能够克服上述合金铸造工艺技术的弱点，會巨够降低材料中杂质元素含量，减少合金元素的偏析，细化晶粒和改善合金性能；但是，制备工序复杂，零件形状受到成型模具的限制。本发明采用粉末冶金制粉，并结合粉末内氧化原位化学反应、热等静压等现代粉末冶金加工技术的集成，开发出NiNbZrVLaACe203ErA氧化物颗粒增强高温合金材料，具有比现行熔铸工艺制备的镍基合金更高的高温强度和耐腐蚀性能，从根本上提高合金的综合性能，延长使用寿命，从而也大大拓展了镍基高温合金的应用领域。因此，利用多元合金系元素、真空快速凝固制粉、粉末内氧化原位反应、热等静压等先进粉末冶金技术的优化集成，为特种颗粒增强高f显合金及其制备加工，提供了崭新途径。本发明的特种颗粒增强高温合金，其化学成份(重量％)为1.020.0Nb，1.020.0Zr，1.020.0V，1.010.0La203，1.010.0Ce203，1.010.0ErA，余量为Ni。特种颗粒增强高温合金材料的制备方法，依序包括下列工艺步骤(1)在真空中频熔炼炉中(真空度〉1X10—2Pa)，熔炼按化学成分比例配置好的Ni、Nb、Zr、V、La、Ce、Er等金属元素；(2)在真空条件下(真空度〉1X10—2Pa)，以冷却速率104105K/s，雾化气体压力1.0MPa2.0MPa，导流管直径为①3,①6mm，将步骤(1)所得的合金液体雾化成私、末；(3)在大气内氧化炉内，将NiNbZrVLaCeEr合金粉末进行内氧化原位反应处理，内氧化温度600。C800。C，处理时间4872小时；(4)将NiNbZrVLaACe203ErA氧化物颗粒增强复合粉末进行机械分筛，取一100目粉末进行热等静压，热等静压压力1000MPa2000MPa，温度900。C1200。C;(5)合金压坯的形状为板状、棒材或圆柱状等；(6)最终制备得NiNbZrVLa203CeAEr2Q,氧化物颗粒增强高温合金材料。具体实施方式本发明的特种颗粒增强高温合金，其化学成份(重量％)为:1.020.0Nb，1.020.0Zr，1.020.0V，1.010.OLaA，1.010.0Ce203，1.010.0ErA，余量为Ni。特种颗粒增强高温合金材料的制备方法，依序包括下列工艺步骤(1)在真空中频熔炼炉中(真空度〉lXl(TPa)，熔炼按化学成分比例配置好的Ni、Nb、Zr、V、La、Ce、Er等金属元素；(2)在真空条件下(真空度:〉1X10—2pa)，以冷却速率104105K/s，雾化气体压力1.0MPa2.OMPa，导流管直径为0>3mmO6ram，将步骤(1)所得的合金液体雾化成粉末；(3)在大气内氧化炉内，将NiNbZrVLaCeEr合金粉末进行内氧化原位反应处理，内氧化温度600。C800。C，处理时间4872小时；(4)将NiNbZrVLa2Q,Ce203ErA氧化物颗粒增强复合粉末进行机械分筛，取一IOO目粉末进行热等静压，热等静压压力1000MPa2000MPa，温度900。C120(TC;(5)合金压坯的形状为板状、棒材或圆柱状等；(6)最终制备得NiNbZrVLa203CeAEr203氧化物颗粒增强高温合金材料。本发明的特种颗粒增强高温合金材料具体实施列为材料的物理、力学性能及熔化温度范围如表1所示。表l.镍基高温合金加工态室温剝牛下的技术性能指标<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>权利要求1、特种颗粒增强镍基高温合金材料，其特征在于其化学成份的重量百分比为1.0～20.0Nb，1.0～20.0Zr，1.0～20.0V，1.0～10.0La2O3，1.0～10.0Ce2O3，1.0～10.0Er2O3，余量为Ni。2、特种颗粒增强镍基高温合金材料的制备方法，其特征在于依序包括下列工艺步骤(1)在真空中频熔炼炉中，熔炼按化学成分比例L020.0Nb，1.020.0Zr，1.020.0V，1.010.OLaA，1.010.0Ce203，1.010,0Er203，余量为Ni配置好的Ni、Nb、Zr、V、La、Ce、Er多元金属元素；(2)在真空条件下，真空度〉1X10—2Pa，以冷却速率104105K/s，雾化气体压力1.0MPa2.OMPa，导流管直径为03mm06腿，将步骤(1)所得的合金液体雾化成粉末；(3)在大气内氧化炉内，将NiNbZrVLaCeEr合金粉末进行内氧化处理；(4)将NiNbZrVLaACe203Er203氧化物颗粒增强复合粉末进行机械分筛，取_100目粉末进行热等静压成型；(5)合金压坯的形状为板状、棒材或圆柱状等；(6)最终制备得NiNbZrVLa203Ce203Er203氧化物颗粒增强高温合金材料。3、如权利要求2所述的特种颗粒增强镍基高温合金材料的审U备方法，其特征所述的真空中频熔炼炉的真空度〉1X10—2Pa。4、如权利要求2所述的特种颗粒增强镍基高温合金材料的制备方法，其特征所述的内氧化处理处理纟显度600°C800°C，处理时间4872小时。5、如权利要求2所述的特种颗粒增强镍基高温合金材料的制备方法，其特征所述的热等静压成型时热等静压压力1000MPa2000MPa，温度900。C1200。C全文摘要本发明公开了一种新型镍基高温合金及其制备方法。镍基高温合金的重量百分比化学成分为1.0～20.0Nb，1.0～20.0Zr，1.0～20.0V，1.0～10.0La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，1.0～10.0Ce<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，1.0～10.0Er<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，余量为Ni。其制备方法为将镍(Ni)、铌(Nb)、锆(Zr)、钒(V)、镧(La)、铈(Ce)、铒(Er)等金属元素，按照合金化学成分设计配方比例配好，在真空中频熔炼和制粉设备中熔化，再通过快速凝固惰性气体雾化制份，制备成NiNbZrVLaCeEr合金粉末；粉末经过内氧化原位反应，生成NiNbZrVLa<sub>2</sub>O<sub>3</sub>Ce<sub>2</sub>O<sub>3</sub>Er<sub>2</sub>O<sub>3</sub>氧化物颗粒增强复合粉末；粉末再经过筛分，取-100目复合粉末进行热等静压直接成型，获得板状、棒状或圆柱状等成品。该合金材料具有强度高、硬度大、耐腐蚀、耐高温、热膨胀系数小等特点，可用做化工、矿山、机械、冶金、玻璃、机电等行业中的压力容器、齿轮、模具等零件部件材料。文档编号C22C1/10GK101429607SQ200810233689公开日2009年5月13日申请日期2008年12月8日优先权日2008年12月8日发明者刘满门,唐都作,姚兴旺,宋兴诚,浩崔,徐胜利,杨有才,明谢,陈永泰,黄荣生申请人:昆明贵金属研究所;云南锡业股份有限公司冶炼分公司