[发明专利]一种镍铝钒合金的制备方法

权利要求书

1.一种镍铝钒合金的制备方法，其特征在于：制备使用的化学物质原料及辅助材料为镍、铝、钒、丙酮、去离子水、氩气、氮化硼、砂粒，其用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

镍：Ni    1220g±1g

铝：Al    75g±1g

钒：V     210g±1g

丙酮：CH₃COCH₃  800ml±10ml

去离子水：H₂O   2000ml±10ml

氩气：Ar  1000000cm³±1000cm³

氮化硼：BN  40g±1g

砂粒：5000g

制备方法如下：

(1)精选化学物质原料

对所需的化学物质原料进行精选，并进行纯度控制：

镍：板材  99.99％

铝：板材  99.98％

钒：颗粒  99.99％

丙酮：液体  99.95％

去离子水：液体  99.99％

氩气：气体  99.95％

氮化硼：粉粒  99.5％

砂粒：细度  200目

(2)原材料预加工

①镍：板材切割成100×20×5mm条形块状

②铝：板材切割成100×20×5mm条形块状

③钒：粉碎、过筛，反复进行，颗粒直径≤φ6mm；

(3)清洁真空熔炼炉

①打开真空熔炼炉顶盖，用吸尘器抽吸炉内灰尘及有害物质，时间5min；

②用去离子水500ml刷洗炉体、炉盖内壁，使其洁净；

③用丙酮200ml，刷洗、擦洗炉口、炉盖口，使其洁净；

④晾干炉体、炉盖内壁、炉口、炉盖口，使真空熔炼炉处于洁净状态；

(4)清洁熔炼坩埚

①用金属铲清理熔炼坩埚内外壁疤痕及杂质；

②用吸尘器抽吸坩埚内外壁灰尘；

③用丙酮200ml清洗坩埚内壁，使其洁净；

④晾干坩埚；

(5)清洁浇铸模具、预热、涂覆脱模剂

①对浇铸使用的合金工具钢模具要清理型腔，用金属刷、铲剔除残留物及有害物质；

②用去离子水刷洗模具型腔及外部，使之洁净，然后晾干；

③配置脱模剂：氮化硼40g+去离子水100ml，成液态糊状；

④将模具整体放入烘干箱中进行预热，预热温度200℃±5℃，时间30min±2min；

⑤涂覆脱模剂，在模具型腔内，用金属刷均匀刷涂脱模剂，脱模剂厚度0.05mm，晾干备用；

(6)置放合金原料

将条形块状的镍1220g±1g、铝75g±1g竖直放入坩埚内，颗粒状钒210g±1g填充在空隙中，密实布置；

(7)置放浇铸模具

将预热并涂覆了脱模剂氮化硼的浇铸模具置于熔炼坩埚的右侧部下方，利于浇铸的位置；

(8)接通上下氩气管

①接通炉体上部的氩气输气管；

②接通坩埚底部的氩气底吹管；

(9)熔炼炉抽取真空

①将熔炼炉盖盖到炉体上，并密封；

②开启机械旋片泵、罗茨泵，抽出炉内空气，时间20min±2min；

③开启扩散泵，抽取炉内真空，时间80min±2min，使炉腔内真空度≤4×10^-3Pa；

(10)向炉内输入保护气体-氩气

打开炉体上部氩气管，向炉腔内输入氩气，输入速度50000cm³/min，输入时间10min±1min，使炉腔内处于氩气气氛中；

氩气输入后，炉腔内气压持续保持在0.5×10⁵Pa；

(11)开启熔炼炉外部的水循环冷却机构，进行炉体冷却；

(12)熔炼、浇铸镍铝钒合金

①开启熔炼坩埚加热器，使熔炼坩埚内温度由20℃±3℃开始升温，升温速度30℃/min，升温至1900℃±5℃，升温时间60min±2min；

②镍铝钒原料熔化后，开启坩埚底部输氩管，吹入氩气，吹入速度5000cm³/min，并形成氩气气流，推动坩埚内合金元素镍+铝+钒熔液形成搅拌流，持续吹入氩气时间10min±1min，使合金元素混合熔解均匀；

③合金元素在吹氩熔炼过程中将进行合金化反应，反应式如下：

式中：

Ni₃AlV：镍铝钒合金；

④坩埚内的合金熔液熔炼后，调整功率，使之降温，降至1500℃±5℃时，在该温度下恒温、保温，静置10min±1min；

⑤在熔炼炉腔内，在氩气气氛中，将盛有镍铝钒合金熔液的坩埚对准右下侧部的浇铸模具，将合金熔液浇入模具内腔，浇满后停止；

⑥关闭坩埚加热器，关闭底部吹氩管，在氩气气氛中，在真空状态下，浇铸后的模具随炉冷却至300℃±5℃，时间60min±1min；

(13)出炉冷却

①关闭上部充氩管、真空扩散泵，打开熔炼炉盖，取出浇铸模具；

②将装有铸锭的浇铸模具置于干燥的细砂粒中，在自然环境中冷却至20℃±3℃；

(14)脱模取锭并清理精整

①取出铸锭，用刷、铲、砂布清理铸锭疤痕；

②用车床精车铸锭外圆及端面，成镍铝钒合金产品φ60×60mm；

③用400、600粒度砂纸抛光合金产品表面，使表面粗糙度为Ra0.16-0.32μm；

(15)高温时效处理

将精整的镍铝钒合金产品进行高温时效处理；

①将φ60×60mm的镍铝钒合金产品置于高温时效炉中的工件台上；

②关闭高温时效炉，使其密封；

开启真空泵，抽取时效炉内空气，真空度为1×10^-3Pa；

③接通氩气管，输入氩气，输入速度3000cm³/min±100cm³/min，使炉内压强持续保持在1×10^-1Pa；

④开启高温时效炉加热器，温度由20℃±3℃升温至750℃±3℃，升温速度25℃/min，升温时间30min；

⑤当温度升至750℃±3℃时，停止升温，在此温度恒温、保温，在氩气气氛中、在真空状态下，时效1100h±1h，时效后为镍铝钒合金成品；

(16)自然冷却

将高温时效处理的镍铝钒合金成品置于洁净的自然环境中冷却至20℃±3℃；

(17)检测、分析、化验

对高温时效处理的镍铝钒合金成品进行检测、化验、分析，检测其成分、色泽、机械物理性能；

①用光谱仪进行化学成分分析：

镍∶铝∶钒＝75.12∶9.86∶15.02；

②用透射电子显微镜进行金相组织晶粒状态分析；

③用万能试验机进行机械性能分析：

硬度：HV590

抗拉强度：1102MPa

屈服强度：910MPa

冲击韧性：30J/cm²

拉伸率：25％

(18)储存包装

将制备的镍铝钒合金成品要用软质材料包装，置于洁净环境，要防水、防潮、防氧化、防酸碱腐蚀，储存温度20℃±3℃，相对湿度≤20％。