[发明专利]一种纳米晶NiAl-Al2O3-Y复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米晶NiAl-Al₂O₃-Y复合材料及其制备方法

背景技术

航空航天技术的发展对材料的使用温度提出了更高的要求，常用的镍基高温合金已经达到了其使用温度的极限(0.8T_m)，因而研制其替代材料势在必行。NiAl金属间化合物由于具有熔点高、密度低和抗氧化性好的优点，近年来受到广泛关注，有希望在航空航天领域得到广泛应用。然而，高温强度低和抗蠕变能力低限制了NiAl的实际应用。为了改善其综合性能，近年来国内外开展了一系列的研究。其中，向NiAl中添加氧化物，通过氧化物弥散所带来的晶粒细化以及弥散粒子对晶粒运动的阻碍，被证明是一种改善其力学性能的有效方法。但氧化物的添加会部分降低NiAl的抗氧化性能，从而在一定程度限制了它的应用。为了进一步提高其应用范围，本发明通过添加稀土Y元素，有效的改善了其高温抗氧化能力，达到力学性能和抗氧化性能的平衡。

发明内容

本发明的目的是提出一种高熔点、低密度、高强度、抗氧化性能好的NiAl-Al₂O₃-Y复合材料及其制备方法。该材料作为高温结构材料，具有良好的抗氧化性和较高的高温强度，可以替代传统的镍基、铌基和钴基高温合金。该方法制备的NiAl-Al₂O₃-Y复合材料具有致密度高、组织均匀、晶粒细小的优点，同时，由于放电等离子技术的运用，也有效的降低了能耗，其能耗仅为传统热压烧结的10～20％。

本发明的目的是通过以下技术方案进行：

一种纳米晶NiAl-Al₂O₃-Y复合材料的制备方法，其特征在于纳米晶NiAl-Al₂O₃原位复合材料的制备按以下步骤进行：一、按名义配比NiAl-(5～15)vol.％Al₂O₃称取镍粉和铝粉并混合均匀。再按混合粉末质量分数的3％～5％量取无水乙醇；二、将步骤一制备的混合粉末和量取的无水乙醇加入搅拌式高能球磨机中，在氩气保护气氛，转速为250～280r/min的条件下球磨，球磨2小时后，打开球磨罐，通入空气，在空气气氛中继续球磨20小时，可获得完全合金化且晶粒细化的NiAl-Al₂O₃原位复合材料粉末，粉末中Al₂O₃含量依初始混合粉末中的镍、铝含量变化而变化；三、将步骤二制备的NiAl-Al₂O₃复合材料粉末和质量分数为0.05～0.5％的Y装入搅拌式高能球磨机，在氩气保护气氛、转速为80～120r/min的条件下混合8～12小时，获得NiAl-Al₂O₃-Y复合材料粉末。四、将通过步骤三制备的NiAl-Al₂O₃-Y粉末装入石墨模具中，再将石墨模具装入脉冲电流烧结炉中，炉体抽真空至5.0×10^-3Pa～7.5×10^-3Pa，在280～320℃预热55～65分钟；以1.8～2.2℃/s的升温速率升温至1220～1270℃，在升温的同时，对粉体施加压力，压力逐渐增加，最大值为57～65MPa。在此压力和温度下保温保压8～12分钟。然后随炉冷却，获得致密的纳米晶NiAl-Al₂O₃-Y复合材料。

具体实施方式

一、机械合金化

通过高能球磨机制备NiAl-Al₂O₃原位复合材料粉末。

选取纯度和粒度分别为99.9％和300目的镍、铝元素粉。按名义配比NiAl-(5～15)vol.％Al₂O₃称取镍粉和铝粉并混合均匀。再按混合粉末质量分数的3～5％量取无水乙醇；将制备的混合粉末和量取的无水乙醇加入搅拌式高能球磨机中，球磨罐采用循环水冷却，在氩气保护气氛、转速为250～280r/min的条件下球磨，球磨2小时后，打开球磨罐，通入空气，在空气气氛中继续球磨20小时，机械合金化完成。获得完全合金化且晶粒细化的NiAl-Al₂O₃原位复合材料粉末，粉末中Al₂O₃含量依初始混合粉末中的镍、铝含量变化而变化。