本發(fā)明涉及一種添加陶瓷相和利用超聲波復(fù)合增韌的超高溫合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、為提升航空發(fā)動機工作效率、降低能耗，需保證在進一步提升工作溫度的同時仍能保持好的強度和剛性，這對應(yīng)用于其熱端部件渦輪葉片的高溫結(jié)構(gòu)材料提出了更高的要求，而ni基超高溫合金由于其使用溫度已達1150℃，達到其熔點的85％，因此急需開發(fā)一種新型的超高溫結(jié)構(gòu)性材料。

2、鈮硅基合金由于其較高的使用溫度及較低的密度進入廣大科研工作者的視野，其主要是在鈮基固溶體中引入硅化物相，使合金的高溫性能得到極大的提升。但是隨si元素的引入，鈮基固溶體的韌性會急劇下降，而且經(jīng)傳統(tǒng)鑄造方法得到的nb-si合金中硅化物的尺寸難以控制，不利于合金的室溫斷裂韌性。因此，需要開發(fā)一種新的合金成分及手段來兼顧nb-si基合金強度及韌性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有鈮硅基超高溫合金室溫斷裂韌性較低的問題，提出了一種添加陶瓷相和利用超聲波復(fù)合增韌的超高溫合金及其制備方法。

2、本發(fā)明一種添加陶瓷相和利用超聲波復(fù)合增韌的超高溫合金由nb、si、ti、zr、al及陶瓷相hfc組成，按以下原子百分比構(gòu)成：si為10％-18％，ti為20％-25％，zr為5％-10％，al為1％-4％，hfc為1％-4％，余量為nb，化學(xué)式為nbsitizralhfc。

3、本發(fā)明一種添加陶瓷相和利用超聲波復(fù)合增韌的超高溫合金的制備方法，按以下步驟進行：

4、一、按原子百分比si：10％-18％，ti：20％-25％，zr：5％-10％，al：1％-4％，hfc：1％-4％，余量nb稱取原材料，其中各組分原子百分比之和為100％；

5、二、將稱取的原材料經(jīng)過預(yù)處理后，按照元素熔點由低到高的次序依次放置于真空熔煉爐的銅坩堝中，抽取真空并充入氬氣進行保護熔煉，隨后爐冷得到合金紐扣錠；

6、三、待紐扣錠冷卻后取出，利用酒精清洗、吹干，然后放置于真空超聲熔煉爐中，抽真空至5*10-3pa后通入高純氬氣，加熱重熔，待紐扣錠融化后，坩堝底部施加超聲波，對合金熔體進行超聲處理，即完成。

7、本發(fā)明具有如下有益效果：

8、一、本發(fā)明通過添加陶瓷相并利用超聲工藝復(fù)合制備超的高溫合金，體系中引入zr元素來替代合金中部分ti元素，可有效緩解低熔點元素的偏析問題。陶瓷相的加入可以引入hf和c元素，可降低nb5si3相的c/a值，促進合金中亞穩(wěn)相的分解，促進γnb5si3相的形成，進而提升和金的綜合性能，改善nb5si3相和nbss相的本征脆性。同時施加外場促進了合金熔體能量擾動，進而提供合金形核的能量起伏條件，進而促進合金韌性相的形成。

9、二、本發(fā)明通過添加陶瓷相并利用超聲工藝復(fù)合制備超的高溫合金，在外場作用下，合金中粗大的硅化物相可有效的破碎，同時破碎的硅化物進入到熔體中，為后續(xù)合金凝固提供了有效的形核質(zhì)點，進一步細化了合金微觀組織，實現(xiàn)合金強度塑性的提升。

10、三、本發(fā)明通過水冷銅坩堝處理高熔點合金，可實現(xiàn)合金的無污染制備。通過添加陶瓷相并進行超聲處理后合金的強度韌性實現(xiàn)同步提升，為后續(xù)nb-si基合金的設(shè)計與工藝優(yōu)化提供了一種新思路，制備出一種極具應(yīng)用潛力的nb-si基超高溫合金。

技術(shù)特征：

1.一種添加陶瓷相和利用超聲波復(fù)合增韌的超高溫合金，其特征在于，所述超高溫合金由nb、si、ti、zr、al及陶瓷相hfc組成，按以下原子百分比構(gòu)成：si為10％-18％，ti為20％-25％，zr為5％-10％，al為1％-4％，hfc為1％-4％，余量為nb，化學(xué)式為nbsitizralhfc。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種添加陶瓷相和利用超聲波復(fù)合增韌的超高溫合金，其特征在于，所述超高溫合金按以下原子百分比構(gòu)成：10％的si、25％的ti、5％的zr、2％的al、2％的hfc和56％的nb，化學(xué)式為nb-10si-25ti-5zr-2al-2hfc。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種添加陶瓷相和利用超聲波復(fù)合增韌的超高溫合金，其特征在于，所述超高溫合金按以下原子百分比構(gòu)成：12％的si、25％的ti、5％的zr、2％的al、2％的hfc和54％的nb，化學(xué)式為nb-12si-25ti-5zr-2al-2hfc。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種添加陶瓷相和利用超聲波復(fù)合增韌的超高溫合金，其特征在于，所述超高溫合金按以下原子百分比構(gòu)成：由14％的si、25％的ti、5％的zr、2％的al、2％的hfc以及52％的nb組成，化學(xué)式為nb-14si-25ti-5zr-2al-2hfc。

5.如權(quán)利要求1所述的一種添加陶瓷相和利用超聲波復(fù)合增韌的超高溫合金的制備方法，其特征在于，該方法按以下步驟進行：一、按原子百分比si：10％-18％，ti：20％-25％，zr：5％-10％，al：1％-4％，hfc：1％-4％，余量nb稱取原材料，其中各組分原子百分比之和為100％；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種添加陶瓷相和利用超聲波復(fù)合增韌的超高溫合金的制備方法，其特征在于，步驟二中預(yù)處理方式為：對原料進行機械研磨拋光，然后利用酒精清洗并烘干。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種添加陶瓷相和利用超聲波復(fù)合增韌的超高溫合金的制備方法，其特征在于，步驟二中抽真空至5*10-3pa，然后充入高純氬氣至-0.05mpa。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種添加陶瓷相和利用超聲波復(fù)合增韌的超高溫合金的制備方法，其特征在于，步驟二熔煉時電流為550-650a，待合金呈熔融態(tài)后繼續(xù)在650-750a下熔煉3min。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種添加陶瓷相和利用超聲波復(fù)合增韌的超高溫合金的制備方法，其特征在于，步驟三重熔時電流為500a。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種添加陶瓷相和利用超聲波復(fù)合增韌的超高溫合金的制備方法，其特征在于，步驟三施加的超聲波的功率為20kw，時間為100s。

技術(shù)總結(jié)
一種添加陶瓷相和利用超聲波復(fù)合增韌的超高溫合金及其制備方法，本發(fā)明涉及一種利用超聲波增韌的超高溫合金及其制備方法。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有鈮硅基超高溫合金室溫斷裂韌性較低的問題，本發(fā)明一種利用超聲波增韌的超高溫合金，由Nb、Si、Ti、Zr、Al及陶瓷相HfC組成，化學(xué)式為NbSiTiZrAlHfC。本發(fā)明采用超聲波處理的方法制備，超聲波作用功率為20kW，作用時間為100s。本發(fā)明制備的Nb?Si基超高溫合金經(jīng)超聲處理后合金微觀組織得到明顯優(yōu)化，進而誘發(fā)合金室溫斷裂韌性的提升。本發(fā)明應(yīng)用于高溫合金領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：陳瑞潤,王巖,王琪,王曉偉,蘇彥慶,吳士平,丁宏升
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9