本发明涉及一种ni-cr-al-fe系高温合金的粉末冶金制备方法，属于粉末冶金制备技术领域。
背景技术
高温合金作为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可代替的关键材料，ni-cr-al-fe合金具有较高的强度、抗氧化性能，同时具有优异的高温耐腐蚀性能等显著特点，是很有发展前途的高温结构材料。随着工业燃气轮机功率的不断提高，对高性能高温合金材料的需求也随之增加。
在ni-cr-al-fe合金制备方法中，熔铸法和粉末冶金法是比较常见的制备方法。传统的熔铸方法是将原料通过真空感应熔炼或真空电弧熔炼的方法进行熔炼，然后通过细化晶粒或相关热处理工艺来改善质量与性能，该法的原料一般为纯金属锭。缺点是液态金属间化合物的流动性较差，凝固时补缩困难，容易产生缩孔或缩松，产生微裂纹，使铸件性能降低。粉末冶金法是将金属粉末按照一定比例配比，通过真空球磨使粉末混合均匀，将粉末压制成胚料，然后在烧结设备中进行真空烧结。该法的原料一般为高纯金属粉末。该法的缺点是成本高，难以获得高的致密度，从而显著影响材料的强度、塑性和综合力学性能。另外，升温速率和烧结温度对材料组织和成分有较大影响，工艺较为复杂。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种ni-cr-al-fe系高温合金的粉末冶金制备方法，通过气雾化法制备得到ni-cr-al-fe合金化粉末，将纳米粉体挤压成块状，采用真空双管加热炉在氢气环境中烧结实现再次ni-cr-al-fe合金化，得到ni-cr-al-fe块状合金；烧结时还原性气体的使用有效降低粉末的氧化，减少其他氧化物杂质的产生，运用纳米技术制备的ni-cr-al-fe合金晶粒得到细化，同时得到的ni-cr-al-fe合金的耐腐蚀性能、比强度和高温抗氧等化性得到了极大的提高，具体步骤如下：
（1）首先将镍粉、铬粉、铝粉和铁粉按质量比为(400～455):(75～105):(13～17):(17～34)的比例混合均匀得到ni-cr-al-fe混合粉末；
（2）在氩气保护下，将步骤（1）得到的ni-cr-al-fe混合粉末熔炼为合金液体，然后将合金液体注入位于雾化喷嘴之上的中间包内，合金液由中间包底部漏眼流出，通过环型孔喷嘴时与高速氩气气流相遇被雾化为细小液滴，雾化液滴在封闭的雾化筒内快速凝固成ni-cr-al-fe合金粉末，过100目标准筛；
（3）将步骤（2）得到的ni-cr-al-fe合金粉末压制成型，在氢气环境中，升温至温度为800～1200℃烧结4～8h，烧结完成后，随炉冷却降温至室温，制备得到块状ni-cr-al-fe合金。
优选的，本发明所述步骤（3）中压制成型的压制力为350～450mpa。
优选的，本发明所述步骤（3）氢气流量60～160ml/min。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制备的ni-cr-al-fe高温合金抗拉强度达到920mpa以上，延伸率可以达到35%以上。
（2）本发明用气雾化法制备预合金粉，并细化了结晶结构，消除了偏析；用氢气气体能够使在机械混合过程中生成氧化物的粉末原位还原并合金化，这样有效防止了在ni-cr-al-fe合金化过程中产品的氧化，避免杂质产生。
（3）本发明中ni基高温合金中基体为γ相，由于cr、al元素的加入，与基体形成α-cr和ni3al两种有序相，产生了明显的固溶强化。
（4）本发明所述方法相对简单、可靠，制备的ni-cr-al-fe合金强度高、抗氧化性能和抗腐蚀性能较好，因而在航空航天工业、汽车工业和航海器件等领域等方面有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种ni-cr-al-fe系高温合金的粉末冶金制备方法，具体步骤如下：
（1）首先将纳米级镍粉、铬粉、铝粉和铁粉按质量比为420:90:15:25，混合均匀得到ni-cr-al-fe混合粉。
（2）在氩气保护下，将步骤（1）得到的ni-cr-al-fe混合粉在感应炉中升温至1450℃熔炼1h得到合格的合金液体，然后将合金液体注入位于雾化喷嘴之上的中间包内，合金液以1.8kg/min流速由中间包底部漏眼流出，通过hk-03环型孔喷嘴时与压力为6mpa的高速氩气气流相遇被雾化为细小液滴，雾化液滴在封闭的雾化筒内快速凝固成ni-cr-al-fe合金粉末，过100目标准筛。
（3）将步骤（2）得到的ni-cr-al-fe合金粉末压制成型（压制成型的压制力为400mpa），在氢气环境中（氢气环境为氢气流量110ml/min），升温至温度为1000℃烧结6h，烧结完成后，随炉冷却降温至室温，制备得到块状ni-cr-al-fe合金。
实施例2
一种ni-cr-al-fe系高温合金的粉末冶金制备方法，具体步骤如下：
（1）首先将纳米级镍粉、铬粉、铝粉和铁粉按质量比为400:75:13:17，混合均匀得到ni-cr-al-fe混合粉。
（2）在氩气保护下，将步骤（1）得到的ni-cr-al-fe混合粉在感应炉中升温至1450℃熔炼1h得到合格的合金液体，然后将合金液体注入位于雾化喷嘴之上的中间包内，合金液以1.8kg/min流速由中间包底部漏眼流出，通过hk-03环型孔喷嘴时与压力为6mpa的高速氩气气流相遇被雾化为细小液滴，雾化液滴在封闭的雾化筒内快速凝固成ni-cr-al-fe合金粉末，过100目标准筛。
（3）将步骤（2）得到的ni-cr-al-fe合金粉末压制成型（压制成型的压制力为350mpa），在氢气环境中（氢气环境为氢气流量60ml/min），升温至温度为800℃烧结8h，烧结完成后，随炉冷却降温至室温，制备得到块状ni-cr-al-fe合金。
实施例3
一种ni-cr-al-fe系高温合金的粉末冶金制备方法，其具体步骤如下：
（1）首先将纳米级镍粉、铬粉、铝粉和铁粉按质量比为455:105:17:34，混合均匀得到ni-cr-al-fe混合粉。
（2）在氩气保护下，将步骤（1）得到的ni-cr-al-fe混合粉在感应炉中升温至1450℃熔炼1h得到合格的合金液体，然后将合金液体注入位于雾化喷嘴之上的中间包内，合金液以1.8kg/min流速由中间包底部漏眼流出，通过hk-03环型孔喷嘴时与压力为6mpa的高速氩气气流相遇被雾化为细小液滴，雾化液滴在封闭的雾化筒内快速凝固成ni-cr-al-fe合金粉末，过100目标准筛。
（3）将步骤（2）得到的ni-cr-al-fe合金粉末压制成型（压制成型的压制力为450mpa），在氢气环境中（氢气环境为氢气流量160ml/min），升温至温度为1200℃烧结4h，烧结完成后，随炉冷却降温至室温，制备得到块状ni-cr-al-fe合金。
本实施例所得ni-cr-al-fe系高温合金的力学性能测试结果如表1所示，
表1α-cr、ni3al金属间化合物增强相的ni-cr-al-fe合金