[发明专利]一种Nb-Si基超高温合金成分梯度试件的制备方法

说明书

本发明涉及一种Nb‑Si基超高温合金成分梯度试件的制备方法，步骤如下：运用真空非自耗电弧熔炼法制备“X”(某种合金化元素)含量不同的Nb‑Si基超高温合金锭，在每个锭的相同位置切取尺寸相同的短合金棒；按“X”含量从低到高，将短合金棒焊接成一根长合金棒；自长合金棒“X”含量较低的一端向较高的一端进行区熔，熔区中的金属液充分地混合和扩散，得到“X”含量连续变化的试件。本发明制备工艺简单，突破了传统合金化研究方法成本较高且费时费力的缺点，可获得含量连续变化的“X”对合金组织及性能的影响规律，从而快速优选“X”的含量，有利于加速像Nb‑Si基超高温合金等新材料的研发。

技术领域

本发明属于金属材料的合金化研究方法及高通量制备技术领域，涉及一种Nb-Si基超高温合金成分梯度试件的制备方法

背景技术

Nb-Si基超高温合金具有熔点高且密度低的优势，有望取代镍基高温合金成为新一代飞机发动机用高温结构材料。然而其较差的抗氧化性能限制了该材料的发展和应用，因此急需通过合金化方法提高该材料的抗氧化性能。添加Ti,Cr,Al等合金化元素可以显著提高该合金的抗氧化性能，但添加的含量过高后会降低合金的力学性能，使材料的综合性能无法达到应用要求。因此亟需优选合金化元素的含量，获得综合性能较佳的成分体系。

目前Nb-Si基超高温合金的成分设计及研发仍然依靠耗时费力的试错法，需要进行大量的配料及熔炼实验。为减少研发成本及缩短研发周期，加快合金的研发进度，材料基因组计划中的高通量制备技术成为关键。在一根合金棒中获取含量连续变化的合金化元素对Nb-Si基超高温合金的组织形貌、相组成、高温抗氧化性能和力学性能的影响规律，可快速获得成分-工艺-组织-性能之间的关系数据库，优化合金成分并揭示合金化原理和强韧化机理。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种Nb-Si基超高温合金成分梯度试件的制备方法，按照合金化元素含量由低至高的顺序将几个合金棒焊接在一起，通过控制光学悬浮区熔炉的熔区高度、抽拉速率及旋转速率等，使熔区内合金液充分地混合和扩散，沿凝固方向实现合金化元素含量的连续变化，得到具有成分梯度的试件，为制备Nb-Si基超高温合金成分梯度试件提供了一种全新的技术，将传统的成分不连续变化的结果转变为成分连续变化的实验规律，提高材料设计及研发的效率。

技术方案

一种Nb-Si基超高温合金成分梯度试件的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、不同成分短合金棒的制备：采用真空非自耗电弧熔炼法制备“X”含量不同的Nb-Si基超高温合金纽扣锭，并在各纽扣锭的相同位置切取尺寸相同的圆柱形短合金棒；所述“X”为Nb-Si基超高温合金的某种合金化元素；所述“X”含量不同的Nb-Si基超高温合金纽扣锭尺寸相同；

步骤2、给料棒的制备：将多个圆柱形短合金棒，按照“X”含量从低至高排列后焊接成一根长棒，作为给料棒；

步骤3、结晶棒的制备：采用水冷铜坩埚高频感应熔炼法制备Nb-Si基超高温合金锭，在距离边缘8mm的位置切取圆柱形合金棒作为结晶棒；所述圆柱形合金棒的直径与步骤1的圆柱形短合金棒的直径一致，长度为50.0mm；且该合金棒中各元素的种类和含量与给料棒“X”含量低的一端完全相同；

步骤4、光学悬浮区熔：在给料棒“X”含量较高的一端焊接一根长50.0mm、直径与给料棒相同的合金棒，该合金棒中各元素的种类和含量与结晶棒“X”含量高的一端完全相同；

将给料棒“X”含量低的一端与结晶棒衔接，采用光学悬浮区熔方法，自“X”含量低的一端向含量较高端进行光学悬浮区熔，使得给料棒生长在结晶棒上；

当给料棒长度剩50mm时，停止熔炼，获得“X”含量连续上升的Nb-Si基超高温合金的成分梯度试件。