一种稀土改性的高Mo的Ni3Al基单晶高温合金及其制备方法与流程

本发明属于高温合金技术领域，具体涉及一种稀土改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金及其制备方法。

背景技术：

单晶高温合金不仅能在接近其熔点的温度下服役，在高温长时间下承受一定的应力抵抗机械变形，并且具有抗氧化和抗腐蚀环境的能力。目前，高温合金已成为航空发动机涡轮叶片首选材料之一，广泛地用于制造航空喷气发动机，各种工业燃气轮机最热端部件。

金属间化合物具有优良的高温力学性能，其使用温度覆盖650～1500℃，成为高温结构材料研究的热点。Ni₃Al是一种金属间化合物，熔点为1395℃，具有高温材料很多优点：如密度较低(7.8g/cm³)，室温延展性好，具有较高的高温强度、蠕变抗力和高的比强度，且屈服强度在峰值温度以下具有正温度效应。因此考虑以Ni₃Al为基的合金有可能突破现有镍基高温合金的使用温度。

我国第一个用于航空发动机的金属间化合物Ni₃Al基定向凝固高温合金IC6，具有良好的高温机械性能，合金的初熔点(1315℃)比先进镍基高温合金高50～70℃，是目前使用温度最高的导向叶片。新发明的IC21合金含有9.5wt％Mo和1.5wt％Re，使合金的初熔点进一步提高，合金的力学性能也有所增强，但是合金在高温下的抗氧化性能不太理想。

技术实现要素：

针对现有技术中高温合金使用过程存在的问题，本发明提出一种稀土改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金，该合金性价比好，使用寿命长，抗氧化性能优异，耐1100℃高温下的氧化腐蚀，成为专用于航空发动机涡轮叶片的Ni₃Al基单晶高温合金材料。

本发明提出了一种可用于航空发动机涡轮动叶的稀土改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金，该合金的成分包括Ni、Al、Mo、Re、Ta、Cr、C、Y和Dy，或者包括Ni、Al、Mo、Re、Ta、Cr、C、Y和Ce，各成分按重量百分比为：7.0～8.0wt％的Al，8.0～9.5wt％的Mo，1.5～3wt％的Re，3～5wt％的Ta，1.5～3wt％的Cr，0.001～0.005wt％的C，0.01～0.05wt％的Y，0.01～0.1wt％的Dy(或0.01～0.1wt％的Ce)，其余为Ni。该稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金铸态组织包括γ′相、γ相和富Mo、Re的白色析出相三种相结构，密度为7.9～8.1g/cm³，该合金在1100℃下达到完全抗氧化级别或抗氧化级别或次抗氧化级别。

本发明提出该稀土改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金的制备方法，具体包括以下几个步骤：

第一步：制备液态金属冷却介质；高纯是指纯度≥99.95％。

所述的液态金属冷却介质为镓铟合金或者金属锡。所述镓铟合金的制备：将原料高纯镓(Ga)和高纯铟(In)，按重量百分比：镓10～30wt％，其余为铟，进行称取，放入烧杯中加热至80℃～200℃使其反应呈液态后，倒入液态金属冷却罐中作为冷却介质，液态金属冷却罐周围采用真空泵油加热使冷却罐温度维持在15℃以上，使镓铟合金保持液态；

所述金属锡的制备：将原料高纯锡加热至熔点温度(232℃)使其呈液态，然后倒入液态金属冷却罐中，液态金属冷却罐周围采用真空泵油加热使冷却罐温度为250～300℃，使金属锡保持液态。所述的真空泵油优选为VM100真空泵油。

第二步：制备母合金棒材。

(1)按重量分数称取高纯Ni、高纯Al、高纯Mo、高纯Re、高纯Ta、高纯Cr、高纯C、高纯Y，称取NiCe(Ce含量为65wt％)或NiDy(Dy含量为40wt％)合金，将称取后的原料用丙酮清洗及烘干后，将Ni、Mo、Re、Ta、Cr、C、Y，以及NiCe或NiDy合金，放入ZGJL-0.025型真空感应炉中，Al在合金化期间加入。

(2)将真空感应炉抽真空至1Pa以下，送电升温至合金化熔炼温度1460～1540℃，合金化熔炼10～30分钟后，升温至1510～1590℃后，保温5～10分钟，断电降温至1480～1540℃，加入高纯Al，重新给电继续进行合金化熔炼5～10分钟，带电浇铸制成母合金棒材。

(3)用线切割方法在母合金上切出直径为10～15mm，长度小于等于200mm的圆柱试棒A，将该圆柱试棒A表面打磨抛光处理后清洗烘干，得到稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基合金试棒。

第三步：制备不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶。

在普通不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金原料(晶体取向优选(100)，取向偏离度小于12°)上线切割出直径为6～15mm，长度为30～60mm的圆柱试棒B，将该圆柱试棒B表面经打磨抛光处理和腐蚀处理后，得到不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶，将该不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶用氧化铝料浆封入陶瓷模壳中，保持不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶与陶瓷模壳同轴，并处于陶瓷模壳的中心位置，放入烘干箱内，于130～150℃，保温2～4小时；

所述的普通不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金的原料成分各自的重量百分比为(总数为100wt％)：7～8wt％的Al，8～9.5wt％的Mo，1.5～3wt％Re，3～5wt％的Ta，1.5～3wt％的Cr，其余为Ni。

第四步：定向单晶炉制备含稀土元素的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金。

将含稀土元素的Ni₃Al基合金试棒垂直放入带有不含稀土元素的Ni₃Al基合金籽晶的陶瓷模壳中，两者接触，再将具有含稀土元素的Ni₃Al基合金试棒和不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶的陶瓷模壳一起放入定向单晶炉中；将定向单晶炉的真空抽至5×10^-3～7×10^-3Pa，调节定向单晶炉内温度至1600℃～1660℃，保温10～25分钟，待稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒和不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶完全熔化，使陶瓷模壳、融化的稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒和不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶以2～10mm/min的拉晶速率向下移动进入液态金属冷却罐中；根据稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒的长度(小于等于200mm)及拉晶速率计算拉晶时间(拉晶时间等于稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒的长度除以拉晶速率)，当达到拉晶时间后，拉晶结束，随炉冷却至室温后取出，得到稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金。

第五步：后期热处理。

本发明的合金热处理制度为：

(1)1305℃/2h+1310℃/2h+1315℃/2h+1320℃/2h+1325℃/4～6h+1330℃/4～6h,风冷至室温；

(2)1080～1100℃/1～4h,风冷至室温；

(3)870℃/16～32h,风冷至室温；

本发明的优点在于:

1.本发明提出的Ni₃Al基单晶高温合金的密度较低，为7.9～8.1g/cm³，可以满足航空发动机的低密度要求。

2.本发明提出的稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金，通过添加一定量的稀土元素，大幅度提高了Ni₃Al基单晶合金的抗氧化性能。

3.本发明提出的稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基单晶合金在1100℃下抗氧化性能达到完全抗氧化级别或抗氧化级别或次抗氧化级别。

附图说明

图1：本发明提出的稀土改性单晶高温合金的铸态组织OM金相显微镜图；

图2：本发明提出的稀土改性单晶高温合金铸态组织图的局部放大图SEM；

图3：本发明提出的稀土改性单晶高温合金热处理态的形貌图；

图4：本发明提出的稀土改性单晶高温合金在1100℃的氧化动力学曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提出了一种可用于航空发动机涡轮动叶的稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金，该合金的成分按重量百分比为：7.0～8.0wt％的Al，8.0～9.5wt％的Mo，1.5～3wt％的Re，3～5wt％的Ta，1.5～3wt％的Cr，0.001～0.005wt％的C，0.01～0.05wt％的Y，0.01～0.1wt％的Dy，其余为Ni。或为7.0～8.0wt％的Al，8.0～9.5wt％的Mo，1.5～3wt％的Re，3～5wt％的Ta，1.5～3wt％的Cr，0.001～0.005wt％的C，0.01～0.05wt％的Y，0.01～0.1wt％的Ce，其余为Ni。

本发明提出该稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金通过以下的制备方法制备，该制备方法具体包括以下几个步骤：

第一步：制备液态金属冷却介质；高纯：纯度≥99.95％。

所述的液态金属冷却介质为镓铟合金或者金属锡。所述镓铟合金的制备：将原料高纯镓(Ga)和高纯铟(In)，按重量百分比：镓10～30wt％，其余为铟，进行称取，放入烧杯中加热至80℃～200℃使其反应呈液态后，倒入液态金属冷却罐中作为冷却介质，液态金属冷却罐周围采用真空泵油加热使冷却罐温度维持在15℃以上，使镓铟合金保持液态；

所述金属锡的制备：将原料高纯锡加热至熔点温度(232℃)使其呈液态，然后倒入液态金属冷却罐中，液态金属冷却罐周围采用真空泵油加热使冷却罐温度为250～300℃，使金属锡保持液态。所述的真空泵油优选为VM100真空泵油。

第二步：制备母合金棒材；

(1)按重量分数称取高纯Ni、高纯Al、高纯Mo、高纯Re、高纯Ta、高纯Cr、高纯C、高纯Y，称取NiCe(Ce含量为65wt％)或NiDy(Dy含量为40wt％)合金，将称取后的原料用丙酮清洗及烘干后，将Ni、Mo、Re、Ta、Cr、C、Y，以及NiCe或NiDy合金，放入ZGJL-0.025型真空感应炉中，Al在合金化期间加入。各组分称取的重量分数分别为：7.0～8.0wt％的Al，8.0～9.5wt％的Mo，1.5～3wt％的Re，3～5wt％的Ta，1.5～3wt％的Cr，0.001～0.005wt％的C，0.01～0.05wt％的Y以及0.01～0.1wt％的Dy或0.01～0.1wt％的Ce，其余为Ni。

(2)将真空感应炉抽真空至1Pa以下，送电升温至合金化熔炼温度1460～1540℃，合金化熔炼10～30分钟后，升温至1510～1590℃后，保温5～10分钟，断电降温至1480～1540℃，加入高纯Al，重新给电继续进行合金化熔炼5～10分钟，带电浇铸制成母合金棒材。

(3)用线切割方法在母合金上切出直径为10～15mm，长度小于等于200mm的圆柱试棒A，将该圆柱试棒A表面打磨抛光处理后清洗烘干，得到稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基合金试棒。

第三步：制备不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶。

在普通不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金原料(晶体取向优选(100)，取向偏离度小于12°)上线切割出直径为6～15mm，长度为30～60mm的圆柱试棒B，将该圆柱试棒B表面经打磨抛光处理和腐蚀处理后，得到不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶，将该不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶用氧化铝料浆封入陶瓷模壳中，保持不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶与陶瓷模壳同轴，并处于陶瓷模壳的中心位置，放入烘干箱内，于130～150℃，保温2～4小时。

所述的普通不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金的元素成分按照重量百分比(总量为100wt％)为：7～8wt％的Al，8～9.5wt％的Mo，1.5～3wt％Re，3～5wt％的Ta，1.5～3wt％的Cr，其余为Ni。

第四步：定向单晶炉制备含稀土元素的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金。

将含稀土元素的Ni₃Al基合金试棒垂直放入带有不含稀土元素的Ni₃Al基合金籽晶的陶瓷模壳中，两者接触，再将具有含稀土元素的Ni₃Al基合金试棒和不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶的陶瓷模壳一起放入定向单晶炉中；将定向单晶炉的真空抽至5×10^-3～7×10^-3Pa，调节定向单晶炉内温度至1600℃～1660℃，保温10～25分钟，待稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒和不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶完全熔化，使陶瓷模壳、融化的稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒和不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶以2～10mm/min的拉晶速率向下移动进入液态金属冷却罐中；根据稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒的长度(小于等于200mm)及拉晶速率计算拉晶时间(拉晶时间等于稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒的长度除以拉晶速率)，当达到拉晶时间后，拉晶结束，随炉冷却至室温后取出，得到稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金。

第五步：后期热处理。

本发明的合金热处理制度为：

(1)1305℃/2h+1310℃/2h+1315℃/2h+1320℃/2h+1325℃/4～6h+1330℃/4～6h,风冷至室温。

(2)1080～1100℃/1～4h,风冷至室温。

(3)870℃/16～32h,风冷至室温。

实施例1：

本案例合金的成分为7.6wt％的Al，9.5wt％的Mo，1.5wt％的Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，0.005wt％的C，0.05wt％的Y，0.042wt％Dy，其余为Ni。该稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金铸态组织包括γ′相、γ相和富Mo、Re的白色析出相三种相结构，在光镜和扫描电镜下观察铸态组织形貌如图1和图2所示。

本发明提出该稀土改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金通过以下的制备方法制备，该制备方法具体包括以下几个步骤：

第一步：制备液态金属冷却介质；高纯：纯度≥99.95％。

所述的液态金属冷却介质为镓铟合金或者金属锡。所述镓铟合金的制备：将原料高纯镓(Ga)和高纯铟(In)，按重量百分比：镓10wt％，其余为铟，进行称取，放入烧杯中加热至80℃使其反应呈液态后，倒入液态金属冷却罐中作为冷却介质，液态金属冷却罐周围采用真空泵油加热使冷却罐温度维持在15℃以上，使镓铟合金保持液态；

所述金属锡的制备：将原料高纯锡加热至熔点温度(232℃)使其呈液态，然后倒入液态金属冷却罐中，液态金属冷却罐周围采用真空泵油加热使冷却罐温度为250℃，使金属锡保持液态。所述的真空泵油优选为VM100真空泵油。

第二步：制备母合金棒材；

(1)按重量分数称取高纯Ni、高纯Al、高纯Mo、高纯Re、高纯Ta、高纯Cr、高纯C、高纯Y，称取NiDy(Dy含量为40wt％)合金，将称取后的原料用丙酮清洗及烘干后，将Ni、Mo、Re、Ta、Cr、C、Y，以及NiDy合金，放入ZGJL-0.025型真空感应炉中，Al在合金化期间加入。称取的各元素重量分数分别为：7.6wt％的Al，9.5wt％的Mo，1.5wt％的Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，0.005wt％的C，0.05wt％的Y，0.042wt％Dy，其余为Ni。

(2)将真空感应炉抽真空至1Pa以下，送电升温至合金化熔炼温度1500℃，合金化熔炼25分钟后，升温至1550℃后，保温10分钟，断电降温至1500℃，加入高纯Al，重新给电继续进行合金化熔炼10分钟，带电浇铸制成母合金棒材。

(3)用线切割方法在母合金上切出直径为13.2mm，长度小于等于200mm的圆柱试棒A，将该圆柱试棒A表面打磨抛光处理后清洗烘干，得到稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基合金试棒。

第三步：制备不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶。

在普通不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金原料(晶体取向(100)，取向偏离度小于12°)上线切割出直径为13.2mm，长度为30mm的圆柱试棒B，将该圆柱试棒B表面经打磨抛光处理和腐蚀处理后，得到不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶，将该不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶用氧化铝料浆封入陶瓷模壳中，保持不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶与陶瓷模壳同轴，并处于陶瓷模壳的中心位置，放入烘干箱内，于130℃，保温2小时。

所述的普通不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金的成分按照重量百分比(总量为100wt％)为：7.6wt％的Al，9.5wt％的Mo，1.5wt％Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，其余为Ni。

第四步：定向单晶炉制备含稀土元素的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金。

将含稀土元素的Ni₃Al基合金试棒垂直放入带有不含稀土元素的Ni₃Al基合金籽晶的陶瓷模壳中，两者接触，再将具有含稀土元素的Ni₃Al基合金试棒和不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶的陶瓷模壳一起放入定向单晶炉中；将定向单晶炉的真空抽至7×10^-3Pa，调节定向单晶炉内温度至1660℃，保温25分钟，待稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒和不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶完全熔化，使陶瓷模壳、融化的稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒和不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶以6mm/min的拉晶速率向下移动进入液态金属冷却罐中；根据稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒的长度(小于等于200mm)及拉晶速率计算拉晶时间(拉晶时间等于稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒的长度除以拉晶速率)，当达到拉晶时间后，拉晶结束，随炉冷却至室温后取出，得到稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基单晶合金。

第五步：后期热处理。

本发明的合金热处理制度为：

(1)1305℃/2h+1310℃/2h+1315℃/2h+1320℃/2h+1325℃/6h+1330℃/6h,风冷至室温。

(2)1080～1100℃/2h,风冷至室温。

(3)870℃/32h,风冷至室温。

热处理后合金的组织形貌如图3所示，组织为均匀分布的γ/γ′相。

对上述方法制备的稀土元素改性的合金的抗氧化性能进行测试，采用线切割的方法从热处理后的样品上切取Φ8×3mm³的圆柱进行氧化性能测试，先测样品尺寸，计算表面积，酒精超声清洗干净，干燥后置于焙烧过的坩埚。试样采用重量增加法，循环氧化，连续称重。待炉温上升到试验温度时，将试样连坩埚置于炉内均温区。按规定的时间保温，出炉后在空气中冷却，称量试样，然后再将试样返回炉中继续循环氧化。实验温度为1100℃，按照试验100h的抗氧化评级，根据氧化航标HB5258-2000标准，采用50～100h时间间隔试样的重量增加值法(即100h比50h的增重值)计算50～100h的平均氧化速度K，得到1100℃下的平均氧化速度。

根据图4～2#得到合金在1100℃氧化100h后平均氧化速率为0.0099g/(m²*h),达到完全抗氧化级别。

实施例2：

本案例合金的成分为7wt％的Al，8wt％的Mo，1.5wt％的Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，0.001wt％的C，0.01wt％的Y，0.01wt％Dy，其余为Ni。

本发明提出该稀土改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金通过以下的制备方法制备，该制备方法具体包括以下几个步骤：

第一步：制备液态金属冷却介质；高纯：纯度≥99.95％。

所述的液态金属冷却介质为镓铟合金或者金属锡。所述镓铟合金的制备：将原料高纯镓(Ga)和高纯铟(In)，按重量百分比：镓10wt％，其余为铟，进行称取，放入烧杯中加热至80℃使其反应呈液态后，倒入液态金属冷却罐中作为冷却介质，液态金属冷却罐周围采用真空泵油加热使冷却罐温度维持在15℃以上，使镓铟合金保持液态；

所述金属锡的制备：将原料高纯锡加热至熔点温度(232℃)使其呈液态，然后倒入液态金属冷却罐中，液态金属冷却罐周围采用真空泵油加热使冷却罐温度为250℃，使金属锡保持液态。所述的真空泵油优选为VM100真空泵油。

第二步：制备母合金棒材；

(1)按重量分数称取高纯Ni、高纯Al、高纯Mo、高纯Re、高纯Ta、高纯Cr、高纯C、高纯Y，称取NiDy(Dy含量为40wt％)合金，将称取后的原料用丙酮清洗及烘干后，将Ni、Mo、Re、Ta、Cr、C、Y，以及NiDy合金，放入ZGJL-0.025型真空感应炉中，Al在合金化期间加入。各组分称取的重量分数分别为：7wt％的Al，8wt％的Mo，1.5wt％的Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，0.001wt％的C，0.01wt％的Y，0.01wt％Dy，其余为Ni。

(2)将真空感应炉抽真空至1Pa以下，送电升温至合金化熔炼温度1460℃，合金化熔炼10分钟后，升温至1510℃后，保温5分钟，断电降温至1480℃，加入高纯Al，重新给电继续进行合金化熔炼5分钟，带电浇铸制成母合金棒材。

(3)用线切割方法在母合金上切出直径为10mm，长度小于等于200mm的圆柱试棒A，将该圆柱试棒A表面打磨抛光处理后清洗烘干，得到稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基合金试棒。

第三步：制备不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶。

在普通不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金原料(晶体取向优选(100)，取向偏离度小于12°)上线切割出直径为6mm，长度为30mm的圆柱试棒B，将该圆柱试棒B表面经打磨抛光处理和腐蚀处理后，得到不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶，将该不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶用氧化铝料浆封入陶瓷模壳中，保持不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶与陶瓷模壳同轴，并处于陶瓷模壳的中心位置，放入烘干箱内，于130℃，保温2小时。

所述的普通不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金的成分按照重量百分比(总量为100wt％)为：7wt％的Al，8wt％的Mo，1.5wt％Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，其余为Ni。

第四步：定向单晶炉制备含稀土元素的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金。

将含稀土元素的Ni₃Al基合金试棒垂直放入带有不含稀土元素的Ni₃Al基合金籽晶的陶瓷模壳中，两者接触，再将具有含稀土元素的Ni₃Al基合金试棒和不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶的陶瓷模壳一起放入定向单晶炉中；将定向单晶炉的真空抽至5×10^-3Pa，调节定向单晶炉内温度至1600℃，保温15分钟，待稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒和不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶完全熔化，使陶瓷模壳、融化的稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒和不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶以2mm/min的拉晶速率向下移动进入液态金属冷却罐中；根据稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒的长度(小于等于200mm)及拉晶速率计算拉晶时间(拉晶时间等于稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒的长度除以拉晶速率)，当达到拉晶时间后，拉晶结束，随炉冷却至室温后取出，得到稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基单晶合金。

第五步：后期热处理。

本发明的合金热处理制度为：

(1)1305℃/2h+1310℃/2h+1315℃/2h+1320℃/2h+1325℃/4h+1330℃/4h,风冷至室温。

(2)1080～1100℃/1h,风冷至室温。

(3)870℃/16h,风冷至室温。

对合金在1100℃下的抗氧化性能进行测试，合金氧化100h后达到抗氧化级别。

实施例3：

本案例合金的成分为8wt％的Al，9.5wt％的Mo，3wt％的Re，5wt％的Ta，3wt％的Cr，0.005wt％的C，0.05wt％的Y，0.1wt％Dy，其余为Ni。

本发明提出该稀土改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金通过以下的制备方法制备，该制备方法具体包括以下几个步骤：

第一步：制备液态金属冷却介质；高纯：纯度≥99.95％。

所述的液态金属冷却介质为镓铟合金或者金属锡。所述镓铟合金的制备：将原料高纯镓(Ga)和高纯铟(In)，按重量百分比：镓30wt％，其余为铟，进行称取，放入烧杯中加热至80℃使其反应呈液态后，倒入液态金属冷却罐中作为冷却介质，液态金属冷却罐周围采用真空泵油加热使冷却罐温度维持在15℃以上，使镓铟合金保持液态；

所述金属锡的制备：将原料高纯锡加热至熔点温度(232℃)使其呈液态，然后倒入液态金属冷却罐中，液态金属冷却罐周围采用真空泵油加热使冷却罐温度为300℃，使金属锡保持液态。所述的真空泵油优选为VM100真空泵油。

第二步：制备母合金棒材；

(1)按重量分数称取高纯Ni、高纯Al、高纯Mo、高纯Re、高纯Ta、高纯Cr、高纯C、高纯Y，称取NiDy(Dy含量为40wt％)合金，将称取后的原料用丙酮清洗及烘干后，将Ni、Mo、Re、Ta、Cr、C、Y，以及NiDy合金，放入ZGJL-0.025型真空感应炉中，Al在合金化期间加入。各组分称取的重量分数分别为：8wt％的Al，9.5wt％的Mo，3wt％的Re，5wt％的Ta，3wt％的Cr，0.005wt％的C，0.05wt％的Y，0.1wt％Dy，其余为Ni。

(2)将真空感应炉抽真空至1Pa以下，送电升温至合金化熔炼温度1540℃，合金化熔炼30分钟后，升温至1590℃后，保温10分钟，断电降温至1540℃，加入高纯Al，重新给电继续进行合金化熔炼10分钟，带电浇铸制成母合金棒材。

(3)用线切割方法在母合金上切出直径为15mm，长度小于等于200mm的圆柱试棒A，将该圆柱试棒A表面打磨抛光处理后清洗烘干，得到稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基合金试棒。

第三步：制备不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶。

在普通不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金原料(晶体取向优选(100)，取向偏离度小于12°)上线切割出直径为15mm，长度为60mm的圆柱试棒B，将该圆柱试棒B表面经打磨抛光处理和腐蚀处理后，得到不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶，将该不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶用氧化铝料浆封入陶瓷模壳中，保持不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶与陶瓷模壳同轴，并处于陶瓷模壳的中心位置，放入烘干箱内，于150℃，保温4小时。

所述的普通不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金的成分按照重量百分比(总量为100wt％)为：8wt％的Al，9.5wt％的Mo，3wt％Re，5wt％的Ta，3wt％的Cr，其余为Ni。

第四步：定向单晶炉制备含稀土元素的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金。

将含稀土元素的Ni₃Al基合金试棒垂直放入带有不含稀土元素的Ni₃Al基合金籽晶的陶瓷模壳中，两者接触，再将具有含稀土元素的Ni₃Al基合金试棒和不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶的陶瓷模壳一起放入定向单晶炉中；将定向单晶炉的真空抽至7×10^-3Pa，调节定向单晶炉内温度至1660℃，保温25分钟，待稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒和不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶完全熔化，使陶瓷模壳、融化的稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒和不含稀土元素的Ni₃Al基单晶合金籽晶以10mm/min的拉晶速率向下移动进入液态金属冷却罐中；根据稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒的长度(小于等于200mm)及拉晶速率计算拉晶时间(拉晶时间等于稀土元素改性的Ni₃Al基合金试棒的长度除以拉晶速率)，当达到拉晶时间后，拉晶结束，随炉冷却至室温后取出，得到稀土元素改性的高Mo的Ni₃Al基单晶合金。

第五步：后期热处理。

本发明的合金热处理制度为：

(1)1305℃/2h+1310℃/2h+1315℃/2h+1320℃/2h+1325℃/6h+1330℃/6h,风冷至室温。

(2)1080～1100℃/4h,风冷至室温。

(3)870℃/32h,风冷至室温。

对合金在1100℃下的抗氧化性能进行测试，得到合金在100h平均氧化速率为2.1840g/(m²·h)，达到次抗氧化级别。

实施例4：

本实施例与实施例1的区别仅在：本实施例中稀土改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金中不含Dy，含Ce含量为0.022wt％，即其成分按照7.6wt％的Al，9.5wt％的Mo，1.5wt％的Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，0.005wt％的C，0.05wt％的Y，0.022wt％Ce，其余为Ni。

本实施例中稀土改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金的制备过程中，原料选取NiCe(Ce含量为65wt％)，其余与实施例1相同。

对合金在1100℃下的抗氧化性能进行测试结果如图4～1#所示，得到合金在100h平均氧化速率为0.1098g/(m²*h)，合金氧化100h后达到抗氧化级别。

实施例5：

本实施例与实施例1的区别仅在：本实施例中稀土改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金中不含Dy，含Ce含量为0.1wt％，即其成分按照7.6wt％的Al，9.5wt％的Mo，1.5wt％的Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，0.005wt％的C，0.05wt％的Y，0.1wt％Ce，其余为Ni。

本实施例中稀土改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金的制备过程中，Ce的原料选取NiCe(Ce含量为65wt％)，其余与实施例1相同。

对合金在1100℃下的抗氧化性能进行测试，得到合金在100h平均氧化速率为2.3399g/(m²*h)，达到次抗氧化级别。

实施例6：

本实施例与实施例1的区别仅在：本实施例中稀土改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金中不含Dy，含Ce含量为0.01wt％，即其成分按照7.6wt％的Al，9.5wt％的Mo，1.5wt％的Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，0.005wt％的C，0.05wt％的Y，0.01wt％Ce，其余为Ni。

本实施例中稀土改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金的制备过程中，Ce的原料选取NiCe(Ce含量为65wt％)，其余与实施例1中完全相同。

对合金在1100℃下的抗氧化性能进行测试，合金氧化100h后达到抗氧化级别。