[发明专利]一种高强镍基高温合金的制备方法

说明书

本发明提供了一种高强镍基高温合金的制备方法，(1)将镍基粉末与高纯石墨球同时加入三维振动混粉机进行三维振动混粉；(2)将三维振动混粉后的粉体进行放电等离子体活化及致密化烧结；完成高强镍基高温合金的制备；本发明方法操作方便易行，采用三维振动混粉使镍基粉末与高纯石墨球间形成摩擦与剪切力，对石墨球进行机械剥离的同时将剥离下来的单层或少层石墨烯均匀包覆在镍基粉末上，再利用放电等离子体活化及致密化烧结实现高强镍基高温合金的制备。制备出的高强镍基高温合金内部具有连续三维石墨烯空间网络结构，使得材料的在常温及高温下的力学性能大幅度提高。

技术领域

本发明属于高温合金材料制备技术领域，具体涉及一种高强镍基高温合金的制备方法。

背景技术

镍基高温合金由于其较高的耐热强度、良好的的塑性、抗高温氧化和燃气腐蚀力及长期组织稳定性，在众多领域有着广泛的应用，比如航空发动机涡轮盘部件、核电水堆蒸汽发生器传热管、石油开采钻具注射法、及煤电机组中的过热器等。但随着航空航天、核电、石油及电力等工业的迅速发展，对镍基高温合金的力学性能提出了更高的要求。

石墨烯由于其优异的机械性能、电学性能和热学性能，一经发现就成为了各个领域研究的热门材料，在众多领域内有着巨大的应用潜力。近年来，一些研究者尝试把石墨烯作为增强体加入到镍基合金材料中，改善镍基合金的力学性能。但由于石墨烯层与层之间强烈的π-π键和疏水作用力使得其极易团聚，石墨烯的制备和在镍基合金基体中的均匀分散带来了困难，同时由于石墨烯与镍基合金基体之间的润湿性较差，导致界面结合的作用力也比较弱。因此，实现石墨烯改性镍基合金的工业化制备及其商业应用仍面临巨大挑战。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供可用于石墨烯增强合金材料的一种高强镍基高温合金的制备方法，将用于制备高强镍基高温合金的镍基粉末与高纯石墨球混合加入三维振动混粉机，通过三维振动混粉使镍基粉末与高纯石墨球间产生摩擦与剪切力，对高纯石墨球进行机械剥离的同时将剥离下来的单层或少层石墨烯均匀包覆在镍基粉末上，然后对三维振动混粉后的粉体进行放电等离子体活化及致密化烧结；制备的高强镍基合金内部石墨烯相互交错连接形成连续三维网络结构，使得其在常温及高温下的机械强度大幅度提高；采用本发明提供的制备方法，简单有效地解决了目前在石墨烯制备、石墨烯在镍基粉末基体中的均匀分散以及石墨烯与镍基粉末基体间的界面有效结合三个方面存在的重大问题，为石墨烯在高强镍基高温合金的制备及应用提供了简便有效的方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强镍基高温合金的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：

①称取质量为m的镍基粉末与高纯石墨球加入三维振动混粉机，利用三维振动混粉机对镍基粉末与高纯石墨球的混合物进行三维振动混粉，通过三维振动混粉使镍基粉末与高纯石墨球间产生摩擦与剪切力，对高纯石墨球进行机械剥离的同时将剥离下来的单层或少层石墨烯均匀包覆在镍基粉末上；镍基粉末与高纯石墨球的初始加入量之比为0.1:1～10:1，振动频率为20～60Hz，振动时间为0.5h～8h；

②混粉结束后，将高纯石墨球取出，称量高纯石墨球的质量，通过调整三维振动混粉的振动频率和混粉时间来控制高纯石墨加入量m₀，其中，m和m₀的定量关系按照所需包覆石墨烯层数的要求利用比表面积进行定量计算；

步骤2：

将三维振动混粉后的粉体加入到模具中，置入活化烧结炉中进行活化及致密化烧结，烧结温度为1100～1250℃，升温速率为50～200℃/min，烧结压力为25MPa～50MPa，保温时间为5～30min，烧结结束即得到高强镍基高温合金；制备的高强镍基合金内部石墨烯相互交错连接形成连续三维网络结构，使得其在常温及高温下的机械强度大幅度提高。

优选地，所述镍基粉末为镍粉或镍合金粉。