[发明专利]一种利用磁场制备的Ni3Al基复合结构合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种利用磁场制备的Ni₃Al基复合结构合金及其制备方法，属于材料加工领域。在惰性气体保护下，将Ni₃Al基合金熔融后，在磁场作用下进行定向凝固，制得Ni₃Al基复合结构合金。本发明在Ni₃Al基合金定向凝固过程中施加磁场，利用磁场的热电磁效应，从而影响合金中溶质的扩散和初生相的分布，再利用磁场将原本规则排列的柱状初生β‑NiAl初生枝晶破碎，使其以枝晶碎片的形式存在，而枝晶间的Ni₃Al依然保持为一个单晶，从而形成了随机取向的等轴NiAl颗粒和单晶Ni₃Al基体的复合结构，使得合金的室温脆性得到改善，强度得到提升。

技术领域

本发明涉及材料加工领域，特别涉及一种利用磁场制备的Ni₃Al基复合结构合金及其制备方法。

背景技术

作为最有可能取代传统高温合金的下一代高温结构材料，Ni₃Al基合金具有高熔点、高强度、抗高温氧化、抗耐腐蚀和抗蠕变能力强的综合性能。最新研究表明，提高Al含量得到β/γ′型两相Ni₃Al基合金，虽然可以提高合金的密度和熔点，但由于引入β相后室温脆性问题难以解决，这种本质的室温脆性，导致合金的抗断裂力和成型性差，对金属间化合物直接作为结构材料的使用受到很大的限制。

使用陶瓷颗粒增强的复合材料是目前Ni₃Al基合金发展的重要方向之一。Ni₃Al作为金属间化合物，非常适合作为一种强化相形成金属基复合材料，由于金属间化合物本身可以在合金的凝固过程中原位形成，与外加陶瓷颗粒的复合材料相比，不仅可以克服金属间化合物本身的室温脆性缺陷，使基体与化合物颗粒具有更强的结合界面，而且也可以大大改善合金整体的力学性能。

目前，世界各国都对Ni₃Al基合金投入大量的人力、物力和财力进行相关的研究。但是尽管国内外对金属间化合物相的生长行为和生长机制展开了系列研究，但依旧没有较好的手段控制合金析出相的形貌。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用磁场制备的Ni₃Al基复合结构合金及其制备方法。本发明在合金定向凝固过程中施加磁场，利用磁场的热电磁效应，控制和改善金属材料的组织和性能，使得合金的室温脆性得到改善，强度得到提升。

本发明提供了一种利用磁场制备Ni₃Al基复合结构合金的制备方法，包括以下步骤：

在惰性气体保护下，将Ni₃Al基合金熔融后，在磁场作用下进行定向凝固，制得Ni₃Al基复合结构合金。

优选地，所述磁场的强度为1～4T。

优选地，所述Ni₃Al基合金的组成元素包括Ni、Al、Zr和B。

优选地，所述Ni₃Al基合金中，Ni与其余元素之和的原子数目比为73:27。

优选地，所述升温至熔融的升温速率为5～10℃/min。

优选地，所述熔融的温度为1500～1550℃。

优选地，所述熔融的保温时间为20～40min。

优选地，所述定向凝固的抽拉速度为5～10μm/s。

优选地，所述磁场为稳恒磁场。

本发明还提供了上述所述制备方法制得的Ni₃Al基复合结构合金，所述Ni₃Al基复合结构合金为等轴NiAl颗粒和单晶Ni₃Al基体组成的复合结构合金。