[发明专利]含层错与γ′相复合结构的镍基合金及其制备方法

说明书

本发明涉及纳米结构金属材料技术领域，具体涉及一种含高强度高热稳定性的层错与γ′相复合结构的镍基合金及其制备方法。镍基合金表层的组织结构为层错与γ′相的复合结构，所述层错为高密度层错，高密度层错交割结构设置在γ′相中，形成层错与γ′相复合结构。该方法是先后利用表面机械滚压处理和时效处理对镍基合金进行处理，从而在镍基合金表层制备出高密度层错与γ′相的复合结构。所述复合结构中层错间距分布在5～25nm，γ′相尺寸分布在30～80nm。该结构的微观硬度在6.0‑7.0GPa之间，微观硬度是表面处理前镍基合金的1.2‑1.8倍，结构粗化温度比纳米晶镍基合金高30‑80℃，大大提高了镍基合金具有高强度高热稳定性。

技术领域

本发明涉及纳米结构金属材料技术领域，具体涉及一种含高强度高热稳定性的层错与γ′相复合结构的镍基合金及其制备方法。

背景技术

镍基合金具有良好的抗氧化和一定的耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天和机械制造等工业领域。镍基合金初始组织中晶粒较大，强度较低。因此为了提高镍基合金的强度，材料科学家经过几个世纪的努力，提出了固溶强化、第二相强化和塑性变形强化等方法。利用固溶强化和第二相强化的方法可以显著提高合金的强度，但是合金元素的加入将改变材料的物理和化学性能。

此外，通过塑性变形，可以在材料中引入缺陷(如晶界、位错)来提高其强度，相比固溶处理和第二相强化，该方法不会改变材料的化学成分，但得到的材料一般塑性和热稳定性较差。文献Sun Y,Xu S,Shan A.Effects of annealing on microstructure andmechanical properties of nano-grained Ni-based alloy produced by severe coldrolling[J].Materials ScienceEngineering A,2015,641:181-188.中提到单爱党等人使用冷轧工艺制备出纳米晶镍基合金，纳米晶平均尺寸约为50nm，冷轧样品强度明显提高。但是将冷轧纳米晶镍基合金在700℃和800℃退火1小时后，纳米晶晶粒尺寸平均为90nm和200nm，发生了明显长大，证明纳米晶镍基合金热稳定性较差。

文献Liu X C,Zhang H W,Lu K.Strain-induced ultrahard andultrastablenanolaminated structure in nickel.[J].Science,2013,342(6156):337-340.中提到刘小春等人通过表面机械碾磨处理在纯镍中引入高速剪切变形，制备出一种新型纳米层片结构。层片厚度在5nm至50nm之间，硬度高达6.4GPa，层片结构粗化温度为506℃，比稳态超细晶镍(466℃)高40℃。该方法制备的纳米层片结构在一定程度提高了材料的强度和热稳定性，但是提高的幅度较低。

目前备受关注的梯度结构也可以使金属材料获得良好的强度和稳定性。通过在棒状金属表面进行喷丸处理等，从而得到一种从心部粗晶逐渐过渡到表层纳米晶的梯度结构。这种结构实现了使粗晶纯铜材料屈服强度提高2倍的同时几乎不损失其塑性与稳定性。并且可以通过改变梯度层的体积百分含量来调节金属材料的力学性能，但是随着梯度层百分含量的增加，强度增加但塑性和热稳定性降低。所以，这种方法虽然改善了金属材料的强度，但也难以使金属材料获得高强度的时保持良好的塑性和热稳定性。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种含层错与γ′相复合结构的镍基合金及其制备方法，通过层错与γ′相的复合结构，使得镍基合金具有高强度和高热稳定性。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种含层错与γ′相复合结构的镍基合金，所述镍基合金表层的组织结构为层错与γ′相的复合结构，所述层错为高密度层错，高密度层错交割结构设置在γ′相中，形成层错与γ′相复合结构，使得镍基合金具有高强度高热稳定性。