[发明专利]一种Ta改性的NiAl－Cr(Mo)双相共晶金属间化合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶新型结构金属间化合物，所述金属间化合物中存在有NiAl相、Cr(Mo)相和Cr₂Ta相。

背景技术

目前，在动力、石化、运输、特别是航空及航天等工业领域，应用在600℃以上的金属结构材料通常为镍基、铁基和钴基高温合金。这些材料具有较高的密度(一般在8.0g/cm³以上)，所制成的构件和设备重量大，为了减轻结构重量，提高效率，降低能源消耗，必须开发低密度、高比强的新型高温合金以适应相关工业领域未来发展的需要。更为迫切的是目前以Ni基、Co基为代表的高温合金由于受到熔点的限制，已接近其使用的极限温度。即使是加入了大量贵金属的三代高温合金单晶，其使用温度也不超过1100℃。为满足新一代燃气涡轮发动机的需求，急需开发承温能力为1150℃的高温结构材料。

B2结构长程有序NiAl的熔点高达1638℃，比镍基高温合金高300～350℃，使用温度可望达到1250℃；其密度5.86g/cm³仅为镍基高温合金的2/3，合金化后的密度为6.0g/cm³左右，从而可有效地提高比强度，降低工件重量；NiAl的导热率大，为一般镍基高温合金的4～8倍，可使得热端部件的温度梯度减小，从而降低热应力，提高冷热疲劳性能；此外，NiAl还具有优异的抗氧化性能。但是NiAl的常温塑性小于1％，断裂韧性为高温1000℃屈服强度为小于100MPa，严重的限制了其实用化的运用。

原位自生复合材料技术是解决材料室温脆性和高温强度问题的有效途径之一。通过添加过渡族元素，如Cr、Mo、V、W等，可与NiAl形成伪二元共晶系，利用其内生的难熔金属相可使得强度提高、断裂韧性增加。共晶组织的层片状组织非常细小，层间距相距只有十分之几至几个微米，位错的平均自由程很小，在相与相之间的钉扎导致Hall-Petch型强化；另外，共晶合金中的塑性相与NiAl脆性相中的裂纹能够产生交互作用，直观的表现为裂纹桥接，裂纹偏转和裂纹钝化，使得NiAl伪共晶合金的韧性得到提高。如NiAl-Cr(Mo)共晶的断裂韧性为其抗冲击性能也好于AFN-12。但是，NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物的高温强度改善不大，仍然无法满足新一代燃气涡轮发动机在1150℃环境下的使用要求，进行进一步的成份设计和组织设计，是提高NiAl金属间化合物综合性能的有效途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物，通过在NiAl-Cr(Mo)双相共晶合金的共晶点附近的成分范围内，降低Al元素含量、添加Ta元素进行改性；以及Ta元素与Cr形成Laves(Cr₂Ta)相，在室温塑性和韧性较好的富Ni的NiAl-Cr(Mo)两相组织的基础上引入适当的Laves相，来进一步提高共晶合金的高温强度和室温塑性。以此开发出新型的低密度、高比强度的高温1150℃结构金属间化合物，减轻结构重量，提高效率，降低能源消耗，从而带来巨大的社会和经济效益以及满足新一代燃气涡轮发动机用合金需达到承温能力1150℃的要求。

本发明是一种Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物，由纯度99.999％的镍(Ni)、纯度99.999％的铝(Al)、纯度99.999％的铬(Cr)、纯度99.999％的钼(Mo)以及纯度99.999％的钽(Ta)组成，成分范围为33at％的Ni，30at％的Cr，4at％的Mo，1～13at％的Ta和余量的Al。

所述Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物，可以是33Ni-30Al-30Cr-4Mo-3Ta或者33Ni-28Al-30Cr-4Mo-5Ta或者33Ni-25Al-30Cr-4Mo-8Ta或者33Ni-23Al-30Cr-4Mo-10Ta。

本发明Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物的优点在于：

(1)适当降低Al元素含量、添加Ta元素对NiAl-Cr(Mo)双相共晶合金进行改性，以及Ta元素与Cr形成Laves(Cr₂Ta)相，在室温塑性和韧性较好的富Ni的NiAl-Cr(Mo)两相组织的基础上引入适当的Laves相，来进一步提高共晶合金的高温强度，以此形成在室温和高温都具有较好综合性能的新型结构金属间化合物。

(2)Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物的密度为6.1～6.9g/cm³。