[发明专利]一种Co-Al-W合金棒材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Co‑Al‑W合金棒材及其制备方法，所述Co‑Al‑W合金棒材由以下质量百分比的物质组成：铝7％～11％，钨8％～12％，余量为钴。本发明所述方法具体为(1)将原料粉末球磨后烘干，得到混合粉末；(2)压制成型得到坯料，烧结处理得到Co‑Al‑W合金烧结体；(3)电子束熔炼得到Co‑Al‑W合金铸锭，切割成半成品棒材；(4)电子束区域熔炼得到Co‑Al‑W合金棒材。本发明Co‑Al‑W合金棒材具有室温和高温强度高、纯度高和氧质量含量低的特点，是制造先进航空发动机和工业燃气轮机叶片的关键材料，能够提升航空发动机涡轮工作温度，提高推重比，增加发动机推力。

技术领域

本发明属于合金制备技术领域，具体涉及一种Co-Al-W合金棒材及其制备方法。

背景技术

高性能飞行器的发展有赖于先进动力系统与之匹配，现代的发动机系统不仅推力大，而且推重比不断提高，随着发动机推力和效率的提高，发动机的进口温度需不断提高，在发动机部件中，热端关键部件的工作条件最为苛刻，要在1000℃以上高温和腐蚀环境中承受高的应力，而且还要求使用寿命长，这就要求热端关键部件材料具有高的抗蠕变性能，良好的抗腐蚀性能，高的高温持久强度、断裂韧性和疲劳性能等。目前在航空航天动力系统中应用的高温合金材料已经达到了其最高使用温度极限，即工作温度已达到或超过其熔点的80％。未来的航空动力系统要求其热端关键部件在1100℃以上的高温和复杂负荷条件下长期使用，因此传统的高温合金已不能满足下一代高性能先进航空发动机的需求。

先进航空发动机需要一种超过目前镍基合金使用温度极限的新材料。这种新材料需具有室温和高温强度高、纯度高和氧质量含量低的特点。钴基高温合金由于具有优异的高温抗热腐蚀、抗热疲劳和焊接性能，特别适用于制造加工高温腐蚀环境下工作的部件。若能提高高温强度，改进后的钴基高温合金将成为能够在高温极端环境中服役的高温材料。

Co-Al-W合金通过γ′-Co₃(Al，W)相的强化，其高温流变抗力显著高于传统钴基高温合金，乃至1000℃时接近或超过部分多组元成分复杂的传统镍基高温合金。如果通过优化工艺大幅提高其高温强度，有望使之成为工作温度超过1100℃的新高温材料。目前，采用传统方法制备的Co-Al-W合金不可避免会生成低熔点的不稳定相，即使通过高温长时间的退火也难以消除。另外，制备的Co-Al-W合金会引入杂质、氧质量含量高，使Co-Al-W合金的力学性能下降，并降低了材料的使用温度和可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种Co-Al-W合金棒材及其制备方法，该Co-Al-W合金棒材为主要含有基体γ相和γ′-Co₃(Al，W)相的棒材，且具有纯度高和氧质量含量低的特点，是制造先进航空发动机和工业燃气轮机叶片的关键材料，能够提升航空发动机涡轮工作温度，提高推重比，增加发动机推力。

本发明的实现过程如下：

一种Co-Al-W合金棒材，由以下质量百分比的物质组成：铝7％～11％，钨8％～12％，余量为钴。

进一步，所述Co-Al-W合金棒材，由以下质量百分比的物质组成：铝8％～10％，钨9％～11％，余量为钴。

进一步，所述Co-Al-W合金棒材，由以下质量百分比的物质组成：铝9％，钨10％，余量为钴。

上述Co-Al-W合金棒材的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铝粉、钨粉和钴粉置于球磨机中球磨后烘干，得到混合粉末；(2)将步骤(1)得到的混合粉末压制成型得到坯料，烧结处理得到Co-Al-W合金烧结体；(3)将Co-Al-W合金烧结体经过电子束熔炼得到Co-Al-W合金铸锭，切割成半成品棒材；(4)将半成品棒材经过电子束区域熔炼得到Co-Al-W合金棒材。

进一步，所述铝粉的质量纯度不小于99.9％，所述钨粉的质量纯度不小于99.9％，所述钴粉的质量纯度不小于99.9％。