[发明专利]一种TiN颗粒增强镍基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种TiN颗粒增强镍基复合材料及其制备方法，所述材料由以下组份构成：TiN颗粒的体积分数为x>0且x＜10％，其余为基体合金，所述基体合金为镍基合金中任意一种。所述TiN颗粒是通过TiN‑Ni‑C预制块生坯生成，所述Ni‑Ti‑C预制块生坯的组成为Ni粉、Ti粉和C粉。本发明通过TiN颗粒的引入有效的提高了镍基合金的屈服强度与抗拉强度，同时保持了较好的塑性。本发明使用传统铸造工艺实现复合材料的制备，该技术简单高效成本低，应用范围广，并可实现零件的近净成形；同时，本发明可通过调整预制块质量比例灵活调整TiN含量与形貌。

技术领域

本发明涉及一种镍基复合材料技术的技术领域，特别的，涉及一种微米TiN颗粒增强镍基复合材料，以及该TiN颗粒增强镍基复合材料的熔铸制备方法。

背景技术

镍基高温合金拥有良好的高温力学性能和抗氧化、抗腐蚀能力，优异的抗疲劳、抗蠕变性能以及良好的组织稳定性，是国防经济发展不可或缺的关键材料。高温合金的发展是航空发动机及各种燃气轮机的重要保障。反过来，航空发动机及燃气轮机的发展是高温合金发展的动力。镍基高温合金在航空发动机和各种工业燃气轮机中有广泛应用。很多热端部件，例如涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、燃烧室等零部件，几乎全部由高温合金制成。而且随着航空发动机推重比的不断增大，涡轮入口温度不断提高，相应的要求相应的航空发动机部件用镍基高温合金高温力学性能不断提高。因此，只有不断发展和改善高温合金，使其高温性能不断提高，才能保证航空发动机及工业燃气轮机的不断发展。

K4169高温合金是一种沉淀强化镍基高温合金，其主要强化相是沉淀析出的D0₂₂型γ″(Ni₃Nb)相和L1₂型γ′(Ni₃(Al，Ti))相。K4169镍基高温合金在高温下可以保持良好的力学性能和抗氧化性能，因此被广泛应用于航空、航天及能源等领域。目前，铸造态的K4169高温合金使用温度约为650℃，超过这一温度长时使用将使K4169高温合金的主要高温强化相γ″相发生溶解或迅速转变为脆性的δ相从而失去强化效果。为了进一步提高镍基高温合金性能，国内外的主要思路是通过合金化，通过加入大量的W、Ta、Mo和Re等难熔稀贵金属来实现镍基高温合金的提升。

研制更强、更硬、更轻和更耐热的材料一直吸引着科学家的注意力，过去50年中，对金属基复合材料的研究成果很多。金属基复合材料的基体材料，包括铝基、镁基、铜基、钛基和铁基，和增强体材料，包括硼化物、碳化物、氮化物、氧化物和它们的混合物，都经历了巨大的发展。颗粒增强金属基复合材料能够将金属的高塑性、高韧性以及优良的电、热传导性和陶瓷的高硬度、高强度、高模量等性质结合起来。因此，颗粒增强金属基复合材料展现出更高的比强度、比模量、更耐磨且高温性能更好。张强等人利用Al₂O₃作为增强相成功制备了铝基复合材料(专利申请号CN200710071697.1)。王慧远等人通过原位自生技术将TiC颗粒成功添加到镁合金中制备出了耐磨性更好的镁基复合材料。何新波等人成功制备了铜基复合材料(专利申请号CN201010033735.6)。张杰等人利用TiBw作为增强体成功制备了钛基复合材料(专利申请号CN201310150024.0)。然而，由于基体合金高温力学性能不足，铝基、镁基、铜基和钛基复合材料的高温性能始终低于镍基高温合金材料。