[发明专利]一种低成本制备Ni-Ni3

说明书

本发明一种低成本制备Ni‑Ni₃Si共晶自生复合材料的方法，根据Ni‑Si二元平衡相图配制Ni‑Si过共晶合金，从而降低Ni在合金中的占比，降低制备成本，通过真空感应熔炼制备Ni‑Si过共晶合金铸锭，采用布里奇曼定向凝固技术制备Ni‑Si过共晶复合材料，其组织由α‑Ni相、Ni‑Ni₃Si共晶相和Ni₃₁Si₁₂亚稳相组成。通过合适的热处理工艺使亚稳相消除，获得Ni‑Ni₃Si全片层的共晶组织。本发明通过合金成分设计，既能节约稀有金属Ni的用量，使材料的制备成本下降，又能通过热处理工艺改善材料的综合力学性能，获得满足服役要求的Ni‑Ni₃Si全层片共晶组织。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及对材料制备成本的降低，以及综合性能和使用性能的改善，涉及一种低成本制备Ni-Ni₃Si共晶自生复合材料的方法。

背景技术

金属间化合物Ni₃Si以高强度、抗高温耐氧化腐蚀以及异常的R效应等优异性能，在高温结构材料领域具有广阔的应用前景。然而Ni₃Si材料低的延展性、低的断裂韧性、及较差的抗高温抗蠕变性能，大大限制了其作为结构材料在实际中的应用。

同时，Ni-Ni₃Si共晶自生复合材料以其优异的耐腐蚀性、耐磨损性和高强度等性能广泛用于制造高性能航空、航天、舰船和坦克发动机以及其他动力装置的盘件、叶片等热端关键部件。采用布里奇曼定向凝固技术制备的Ni-Ni₃Si共晶自生复合材料的共晶层片间距减小，组织得到细化，但在凝固过程中无法保证完全平衡凝固，这导致了亚稳相Ni₃₁Si₁₂的产生，使材料的硬度和脆性增大，材料的整体性能变得不稳定，并且，金属Ni的价格较为昂贵，使得Ni-Ni₃Si共晶自生复合材料制备成本比较高昂。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，降低Ni-Ni₃Si共晶自生复合材料制备的成本，以及改善凝固组织，消除亚稳相Ni₃₁Si₁₂，获得全片层的共晶组织，提高材料的综合性能，本发明提供了一种低成本制备Ni-Ni₃Si共晶自生复合材料的方法。通过Ni-Si二元平衡相图配制Ni-Si过共晶合金降低了稀有金属Ni在合金中的占比从而降低Ni-Ni₃Si制备成本，通过布里奇曼定向凝固技术制备Ni-Ni₃Si共晶自生复合材料，通过合适的热处理工艺改善材料组织，消除亚稳相Ni₃₁Si₁₂，降低材料的硬度和脆性，提高材料的综合性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种低成本制备Ni-Ni₃Si共晶自生复合材料的方法，包括：

步骤1，根据Ni-Si二元平衡相图，选择Ni-Si过共晶成分比例取用Ni、Si，以降低Ni在合金中的占比，从而降低成本；

其中，Ni-Si二元过共晶合金使用的是纯度为99.999％的块状Si和纯度为99.99％的Ni粒作为原料。配制的Ni-Si二元过共晶合金中，Ni的含量≤88％，Si的含量≥12％。

步骤2，将所述Ni、Si通过真空感应熔炼制备Ni-Si过共晶合金铸锭；

具体地，Ni-Si二元过共晶合金在高纯Ar气氛的真空感应熔炼炉中1143℃熔炼制备Ni-Si过共晶合金铸锭。