一种利用超声波辅助凝固的NbSiTiC合金及其制备方法

本发明涉及一种利用超声波辅助凝固的nbsitic合金及其制备方法。

背景技术：

1、为保证航空发动机高效率以及低能耗，需要在提升其工作温度的同时仍能保持材料较好的强度和刚性，这就对热端部件材料提出更高要求。现服役的镍基高温合金使用温度已达1150℃，超过其熔点的85％，难以满足下一代航空发动机更高使用温度的需求。原位自生的nb-si基复合材料主要由铌基固溶体(nbss)与硅化物相(nb5si3)组成，其高熔点、低密度等特性受到广泛关注。

2、nb-si基超高温合金室温断裂韧性主要由nbss相提供，硅化物相则提供合金的高温强度。但是金属间化合物nb5si3的韧性极差(3mpa·m1/2)，导致合金整体的室温断裂韧性不足。nbsitic合金通过调控合金中相含量以及改善各相本征脆性,提高了合金的室温断裂韧性，但由于其存在tic相，且基体中的硬质相tic分布不均匀且易发生团聚，反而不利于合金的综合性能，因此，急需通过合金化元素以及工艺处理来调控合金的微观结构，以期望在不影响铌硅基超高温合金的强度下提高其室温断裂韧性。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有铌硅基超高温合金室温断裂韧性低的问题，提出了一种利用超声波辅助凝固的nbsitic合金及其制备方法。

2、本发明一种利用超声波辅助凝固的nbsitic合金按原子百分比由16％的si、20％的ti、1％-5％的c和余量的nb组成；所述nbsitic合金利用超声波辅助凝固。

3、本发明一种利用超声波辅助凝固的nbsitic合金的制备方法按以下步骤进行：

4、一、按原子百分比称取原材料；

5、二、将称取的原材料预处理后放置于真空非自耗坩埚熔炼炉中，抽真空后充入氩气，熔炼得到合金纽扣锭；

6、三、待纽扣锭冷却后取出，利用酒精清洗、吹干，然后放置于真空超声熔炼炉中，抽真空至3*10-3pa后通入高纯氩气，加热重熔，待纽扣锭融化后，在坩埚底部施加超声波，对合金熔体进行超声处理，即完成。

7、本发明具有如下有益效果：

8、一、本发明利用超声波连续振动处理超高温合金，通过外场促进合金熔体能量扰动，进而提供合金形核的能量起伏条件，进而促进合金韧性相的形成。

9、二、本发明通过调整合金成分，通过降低ti的含量，降低了tic数量，又利用超声波处理超高温合金熔体，促进合金中各相元素的固溶度，进而保证合金强度；同时超声处理还可调控合金中硬质相的分布形态，在不降低合金强度的前提下改善合金韧性。

10、三、本发明通过水冷铜坩埚处理高熔点合金，可实现合金的无污染制备。超声处理后合金的强度韧性同步提升，为后续nb-si基合金的设计优化提供了一种新思路，是一种极具应用潜力的nb-si基超高温合金。

技术特征：

1.一种利用超声波辅助凝固的nbsitic合金，其特征在于，nbsitic合金按原子百分比由16％的si、20％的ti、1％-5％的c和余量的nb组成；所述nbsitic合金利用超声波辅助凝固。

2.根据权利要求1所述的一种利用超声波辅助凝固的nbsitic合金，其特征在于，nbsitic合金按原子百分比由16％的si、20％的ti、1％的c和63％的nb组成，化学式为nb-16si-20ti-1c。

3.根据权利要求1所述的一种利用超声波辅助凝固的nbsitic合金，其特征在于，nbsitic合金按原子百分比由16％的si、20％的ti、4％的c和60％的nb组成，化学式为nb-16si-20ti-4c。

4.如权利要求1所述的一种利用超声波辅助凝固的nbsitic合金的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

5.根据权利要求4所述的一种利用超声波辅助凝固的nbsitic合金的制备方法，其特征在于所述预处理为对原材料进行机械研磨抛光并用无水乙醇清洗。

6.根据权利要求4所述的一种利用超声波辅助凝固的nbsitic合金的制备方法，其特征在于步骤二中抽真空至3*10-3pa，然后充入高纯氩气至-0.05mpa。

7.根据权利要求4所述的一种利用超声波辅助凝固的nbsitic合金的制备方法，其特征在于步骤二熔炼时电流为600-750a，待原材料呈熔融态后继续在600-750a下熔炼3min。

8.根据权利要求4所述的一种利用超声波辅助凝固的nbsitic合金的制备方法，其特征在于步骤三真空熔炼重熔时电流为500a。

9.根据权利要求4所述的一种利用超声波辅助凝固的nbsitic合金的制备方法，其特征在于熔炼炉的铜坩埚中的原材料按元素熔点由低到高的次序依次放置。

10.根据权利要求4所述的一种利用超声波辅助凝固的nbsitic合金的制备方法，其特征在于施加的超声波的功率为20kw，时间为75s。

技术总结
一种利用超声波辅助凝固的NbSiTiC合金及其制备方法，本发明涉及一种利用超声波辅助凝固的NbSiTiC合金及其制备方法。本发明的目的是为了解决现有铌硅基超高温合金室温断裂韧性及强度不匹配的问题。本发明一种利用超声波辅助凝固的NbSiTiC合金，由Nb、Si、Ti和C元素组成，化学式为NbSiTiC。本发明采用超声波处理的方法制备，超声波作用功率调为20kW，作用时间为75s。本发明制备的Nb‑Si基超高温合金通过调控微观结构实现了合金韧性强度的同步提升，具有高韧性高强度等特性。本发明应用于高温合金的制备领域。

技术研发人员：陈瑞润,王晓伟,王琪,韦玮,苏彦庆,吴士平,丁宏升
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11