[发明专利]一种含有梯度纳米结构的镍基合金及其制备方法

权利要求书

1.一种含有梯度纳米结构的镍基合金，其特征在于，该镍基合金表层的组织结构为梯度纳米结构：镍基合金的表层结构从外至内由纳米晶结构逐渐转化为纳米孪晶结构，最后逐渐转变为粗晶结构，这种梯度纳米结构使得镍基合金具有高强度的特点；

由如下步骤制备：

（1） 对待处理的镍基合金进行固溶处理得到尺寸均匀、组织结构为粗晶结构的单相镍基合金；

（2）利用表面机械滚压处理上述单相镍基合金，进行多道次处理，得到所述的含有梯度纳米结构的镍基合金，

其中，所述表面机械滚压处理采用表面机械滚压处理系统，所述表面机械滚压处理系统包括处理刀具和冷却系统，通过处理刀具对镍基合金的表层进行机械滚压处理，采用所述冷却系统降低在机械滚压处理中样品表面的温度；

其中，所述镍基合金的成分为按原子百分比(at.%)计量如下：Ni:59.50～64.0%，Cr:20.0～24.0%，W:13.0～15.0%，Mo:1.0～2.0%，Co:0.94～1.33%，Mn:0.3～1.0%，Si:0.25～0.75%，Al:0.2～0.5%，Fe:0.2～0.5%，C:0.05～0.15%，P:0.001～0.03%，S:0.001～0.015%；

所述镍基合金为棒状，所述表面机械滚压处理具体为：镍基合金沿自身轴向旋转，处理刀具的硬质合金球与镍基合金表面接触并压入一定的深度，处理刀具进给，并沿着镍基合金表面从工件的一端运动至另一端，完成一个道次处理；重复上述过程若干道次后，在镍基合金表面形成塑性变形层；其中所述硬质合金球压入镍基合金表面的深度的大小，根据所需要加工的镍基合金的梯度纳米结构的厚度确定，其中，镍基合金的直径为6-16 mm；镍基合金沿自身轴向旋转的转速为100-1000 r/min，处理刀具沿镍基合金轴向的进给速度为40-80mm/min，每个处理道次中硬质合金球在镍基合金表面的压下深度为10-80 μm。

2.如权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述的高强度是指该镍基合金硬度不低于4GPa。

3.如权利要求1所述的镍基合金，其特征在于，所述梯度纳米结构中，纳米晶结构的平均尺寸为20-40nm，纳米孪晶结构的尺寸分布在50-130nm，镍基合金表层的梯度纳米结构深度为200-600μm。

4.一种制备如权利要求1-3任意一项所述的镍基合金的方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1） 对待处理的镍基合金进行固溶处理得到尺寸均匀、组织结构为粗晶结构的单相镍基合金；

（2）利用表面机械滚压处理上述单相镍基合金，进行多道次处理，得到所述的含有梯度纳米结构的镍基合金，

其中，所述表面机械滚压处理采用表面机械滚压处理系统，所述表面机械滚压处理系统包括处理刀具和冷却系统，通过处理刀具对镍基合金的表层进行机械滚压处理，采用所述冷却系统降低在机械滚压处理中样品表面的温度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，固溶处理的温度为1200℃，固溶处理的时间为1 h。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，处理刀具的刀头部分为可以滚动的硬质合金球，所述硬质合金球为WC-Co合金材质，硬质合金球直径为4-10mm；所述冷却系统为液氮气氛冷却。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述镍基合金为棒状，所述表面机械滚压处理具体为：镍基合金沿自身轴向旋转，处理刀具的硬质合金球与镍基合金表面接触并压入一定的深度，处理刀具进给，并沿着镍基合金表面从工件的一端运动至另一端，完成一个道次处理；重复上述过程若干道次后，在镍基合金表面形成塑性变形层；其中所述硬质合金球压入镍基合金表面的深度的大小，根据所需要加工的镍基合金的梯度纳米结构的厚度确定，其中，镍基合金的直径为6-16 mm；镍基合金沿自身轴向旋转的转速为100-1000 r/min，处理刀具沿镍基合金轴向的进给速度为40-80mm/min，每个处理道次中硬质合金球在镍基合金表面的压下深度为10-80 μm。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，处理总道次为3-12次。