[发明专利]一种氧化物弥散强化镍基合金的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及高温合金材料制备技术，特别提供了一种氧化物弥散强化镍基合金的制备方法。

背景技术：

现有技术中，高温合金是目前军用和民用航空发动机以及燃气轮机高温零部件不可替代的关键结构材料，特别是涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘和燃烧室等部件，是一个国家航空航天领域的基础，在先进的航空发动机中高温合金所占比重高达60％，高温合金的水平在一定程度上反映了一个国家的国防力量和工业水平。

高温合金的传统强化机理主要有固溶强化、沉淀强化、晶界强化和生产工艺强化等。在强化工艺中，氧化物弥散强化是一类与传统高温合金完全不同的高温合金，这一类合金的主要生产方法是采用机械合金化方法制备，通过机械合金化方法把惰性的氧化物质点加入到合金粉末中，最后通过烧结的方式制备高温合金。目前最新的氧化物弥散强化合金的高温持久强度已超过当今认为最优秀的镍基铸造高温合金，在美国、英国、法国、德国和日本等国家已经可以批量生产。因此，这一类合金的具有非常好的发展前景，但是也存在一定的不足之处，如工艺过程复杂、生产成本高、设备昂贵、产品单一等。

相对来说，铸造高温合金具有工艺简单、成本低、设备相对简单、可生产各种复杂形状的高温合金铸件的特点，以铸造方式生产氧化物弥散强化镍基合金还存在许多困难，氧化物很难能均匀加入到合金中。

因此，人们期望获得一种技术效果良好的氧化物弥散强化镍基合金的制备方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种工艺过程简单、成本低、技术效果好的氧化物弥散强化镍基合金的制备方法。氧化物弥散强化镍基合金的制备方法。

本发明一种氧化物弥散强化镍基合金的制备方法，其特征在于：所述氧化物弥散强化镍基合金的制备方法的具体的工艺过程为：

第一步：首先制备镍基合金部分组元金属与金属氧化物构成的复合粉末，然后将复合粉末成型，将素坯在还原性气氛下进行烧结，然后冷却到室温取出，制得金属氧化物中间合金；

第二步：根据成分配比，将金属氧化物中间合金与母合金装炉熔炼浇注即可。

本发明所述氧化物弥散强化镍基合金的制备方法，还要求保护下数优选内容：

所述氧化物弥散强化镍基合金的制备方法中，氧化物中间合金其所使用的复合粉末为以下两种之一：其一，镍粉和氧化物粉的机械混合物；其二，镍粉、氧化物粉及钨粉的机械混合物。所述氧化物为三氧化二钇、三氧化二铝、氧化钍中的一种。

所述氧化物弥散强化镍基合金的制备方法中，制备氧化物中间合金的过程中还满足下述要求：

首先将氧化物中间合金所使用的复合粉末混合物用机械方式进行成型，然后在还原性气氛下进行烧结，然后随炉冷却到室温，即可制备氧化物中间合金；

制备氧化物中间合金所使用的镍粉、氧化物粉、钨粉为纳微米级别的粉末；对粉末进行混合的具体要求为：采用机械球磨方式，球磨时间为1～60小时，混合介质采用丙酮或正乙烷。

所述氧化物弥散强化镍基合金的制备方法中，氧化物中间合金所用的镍基合金部分组元粉与氧化物粉的质量比例为(60～95)∶(5～40)。进一步优选的质量比例为(80～95)∶(5～20)。

所述氧化物弥散强化镍基合金的制备方法还满足下述要求之一或其组合：

1)将混合粉进行成型的具体方法是：模压成型方式或等静压成型方式；

2)在所述氧化物中间合金的制备过程中，烧结的要求是：在1300℃～1600℃及还原性气氛下进行等温烧结，并保温时间时间1～3小时，烧结时使用的还原性保护性气氛采用如下两种：其一为高纯度氢气；其二采用高纯度氢气与高纯度氮气的混合气体，氢气与氮气的比例为1∶1～1∶5；还原性气体的流量可控制在5～50ml/min.cm²；等温烧结之后，随炉冷却到室温，取出即可；

3)所述氧化物中间合金烧结时所使用的设备是以下两者之一：连续式气氛保护管式炉；间歇式气氛保护管式炉。

4)所述氧化物弥散强化镍基合金的制备方法中，氧化物中间合金可以以配料的方式直接与合金一起熔炼，也可以在熔炼末期加入；中间合金加入后，可提升功率并进行电磁搅拌2-10分钟，使氧化物在合金液中分散更均匀，然后降低功率进行降温，待合金液降到浇注温度时进行浇注即可。

5)所述氧化物弥散强化镍基合金的制备方法中，熔炼可采用电弧炉、感应炉或真空感应炉。