[发明专利]耐热钢用纳米复合代镍合金及其制备工艺

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种制备耐热钢用纳米复合代镍合金及其制备工艺，特别是一种用于耐热钢中、替代原来贵金属镍的新型合金和它的制备方法。

二、背景技术：

耐热钢铸件在热电厂锅炉、高温电炉等领域正在起着重要作用。耐热铸钢需要添加3～35％(重量百分比)的镍金属。镍是航空发动机用主要材料，属于战略资源，且不可再生；民用工业的大量使用，将加快镍资源的消耗速度；同时由于镍金属价格昂贵(07年曾经达到43万元/吨)，用在民用工业上导致耐热铸钢件成本增加，铸钢类企业利润大大减少。因此本发明的产品——耐热钢用纳米复合代镍合金(简称代镍合金)有广阔的应用前景。

三、发明内容：

1、发明目的：本发明提供一种耐热钢用纳米复合代镍合金及其制备工艺，其目的是：解决传统耐热钢铸件需要添加3～35％重量百分比的镍金属，而镍金属价格昂贵、增加了产品的成本，同时也加快了镍资源的消耗速度等方面存在的问题。

2、技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种耐热钢用纳米复合代镍合金，其特征在于：该代镍合金由纳米级陶瓷粉料、低熔点金属、高密度金属复合制备而成；

所述的纳米陶瓷粉料由纳米级的Al₂O₃、TiO₂、MgO、CaO、ZrO₂组成，纳米陶瓷粉的颗粒尺寸为10～80nm。它们的重量之和占代镍合金总重量的2～6％，它们的重量比例关系为：Al₂O₃∶TiO₂∶MgO∶CaO∶ZrO₂＝1∶(0.05～0.25)∶(0.05～0.65)∶(0.05～0.35)∶(0.05～0.30)；其中的ZrO₂属于部分稳定的氧化锆，即其中含有5mol％的Y₂O₃。

所述的低熔点金属为铝、钛金属粉体的混合物，加入量占代镍合金总重量的5～9％，铝、钛金属粉体的重量比例为铝∶钛＝(1～3)∶(1.5～2.5)；

所述的高密度金属由铁、铬、锰、锌粉料混合而成，其加入量占代镍合金总重量的85～93％；铁、铬、锰、锌粉料混合的比例为铁∶铬∶锰∶锌＝1∶(0.05～0.25)∶0.01∶0.01；

制得的代镍合金密度为3.03～6.19g/cm³，熔点为1450～1580℃。

一种如上所述的耐热钢用纳米复合代镍合金的制备工艺，其特征在于：该制备工艺按下述步骤进行：按权利要求1的比例称取各原料，首先采用聚乙烯醇缩丁醛+无水乙醇，以1升无水乙醇加入20～45克聚乙烯醇缩丁醛的比例配制具有一定黏度的胶液；取纳米级陶瓷粉料Al₂O₃、TiO₂、MgO、CaO、ZrO₂，与一定量的无水乙醇混合，在无水乙醇中搅拌成为悬浮液状态，用超声波分散成单颗粒状态，然后将其倒入预先配制好的胶液中，开始时缓慢搅拌，然后将其它金属粉料加入到搅拌器中，加料的顺序是：先加入低熔点轻金属，后加入高密度金属，然后快速，搅拌6～16小时；取出料浆在真空条件下干燥，再通过球磨和筛分，得到混合均匀的粉料；将粉料压制成坯体；

将该坯体做氧化处理，即利用普通电炉，在空气条件下将坯体加热到200～400℃之间，保温60～300分钟，使那些低熔点轻金属和高密度金属颗粒表面形成一层氧化膜；

然后对坯体进行烧结，烧结是在气体保护条件下完成，保护气体为氩气或氮气，烧结温度为950～1350℃，保温30～240分钟，烧结后将烧结体制成粉末，即为代镍合金成品。

在纳米级陶瓷粉料配制的胶液中，开始时缓慢搅拌的转速是80～120转/min；加入低熔点轻金属，后加入高密度金属，然后将搅拌机转速调到300～600转/min。

无水乙醇用量由粉料密度决定，一般每100g粉料加入无水乙醇150～300ml。

超声波震荡的时间为15min，震荡过程要求悬浮液液面不断溅起液滴。

3、优点及效果：通过本发明技术方案的实施，能够解决传统的耐热钢铸件需要添加3～35％重量百分比的镍金属，而镍金属价格昂贵增加产品的成本；以及民用工业消耗大量的镍金属加快镍资源消耗等方面存在的问题。

本发明采用廉价材料制成代镍合金，它可替代制备耐热钢时添加的贵金属镍，既可节约战略资源，又可为耐热钢铸件生产厂家降低成本增加效益。