[发明专利]一种具有梯度纳米结构表层的高温合金及其制备方法

权利要求书

1.一种具有梯度纳米结构表层的高温合金的制备方法，其特征在于：所述高温合金具有梯度纳米结构表层，表层晶粒尺寸由外至内由纳米尺度至微米尺度呈梯度变化，按晶粒尺寸大小将表层由外至内依次划分为纳米晶层、亚微米晶层和变形晶粒层；所述高温合金为铁基高温合金或钴基高温合金；

该方法是利用表面机械碾磨技术对高温合金进行处理，将加工刀具压入材料表面一定深度，通过加工刀具前端的球形头在材料表面碾磨产生梯度塑性变形，从而获得具有梯度纳米结构表层的高温合金；表面机械碾磨处理是在表面纳米化加工系统上完成的，该加工系统包括旋转系统、刀架进给系统、加工刀具和冷却系统，所述旋转系统和刀架进给系统由数控车床实现，分别提供旋转运动和进给运动；

表面机械碾磨处理过程为：高温合金以转速V₁旋转，通过刀架进给系统使加工刀具前端球形头压入材料表面一定深度a_p，然后加工刀具以速度V₂沿轴线方向移动至设定位置，完成一个道次处理，重复上述过程，高温合金表面形成梯度纳米结构；

其中转速V₁为50-1000r/min，加工刀具的进给速度V₂为1-200mm/min，加工刀具每次压下量a_p为20-200μm，加工道次为1-10次。

2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高温合金的梯度纳米结构表层中，纳米晶层晶粒尺寸小于100nm，亚微米晶层晶粒尺寸在100-1000nm，变形晶粒层晶粒尺寸在1000nm和基体晶粒尺寸之间。

3.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述梯度组织结构表层厚度为100-600μm，其中纳米晶层厚度为10-70μm，亚微米晶层厚度为10-200μm，变形晶粒层厚度为10-600μm。

4.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述纳米晶层硬度梯度变化范围在5.0-35.0GPa/mm，亚微米晶层硬度梯度变化范围在1.0-20.0GPa/mm，变形晶粒层硬度梯度变化范围在1.0-15.0GPa/mm。

5.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高温合金的纳米晶层、亚微米晶层、变形晶粒层以及基体层之间均无明显界面。

6.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述加工刀具安装在刀架进给系统上，加工刀具前端配有一定曲率半径的球形头；所述冷却系统固定在刀架进给系统上，冷却系统由油路和冷却介质组成。

7.按照权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述加工刀具前端球形头的材质为轴承钢、模具钢或硬质合金，曲率半径为2mm-5mm；所述高温合金加工过程中冷却系统通过油性切削液对材料和刀具进行冷却和润滑，控制处理温度为室温。