[发明专利]一种微合金化高强韧动密封材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种微合金化高强韧动密封材料及其制备方法，该材料的成分为(CoNiFe)₉₀Al_10‑xTi_x，其中Co、Ni、Fe按等原子配比，x的取值范围为1～9。该合金的制备工艺路线为：真空电弧熔炼—均匀化退火—锻造(热锻)—均匀化退火—轧制(冷轧)—退火热处理。首先，将Co、Ni、Fe、Al和Ti粒/块按比配料，采用真空电弧熔炼法熔炼成锭并进行均匀化退火；其次，将铸锭加热到一定温度后，进行锻造成型，随后进行均匀化退火；最后通过轧制(冷轧)将锻态合金制备成板材并进行退火热处理。合理的塑性加工和退火热处理工艺可以提高合金的强韧性，采用本发明制备的微合金化高强韧合金材料可广泛适用于动密封材料领域。

技术领域

本发明涉及一种动密封材料的制备方法，具体涉及一种微合金化高强韧动密封材料及其制备方法，属于动密封材料技术领域。

背景技术

动密封是航空发动机及其它透平机械的重要部件，广泛用于各种航空发动机、航改燃气轮机、汽轮机、重型燃气轮机、核电机组等领域。动密封材料通常工作在高旋转速度、高环境温度或高摩擦生热的特殊条件下，这就要求其高的强韧性。新的合金设计理念提出，5种及5种以上元素，且每种元素原子百分比介于5％～35％的合金为高熵合金即多主元合金。此外，高熵合金还可以从熵值上来定义。热力学上，熵是表征系统混乱度的一个参数。混乱度越大，系统的熵也就相应越大。合金材料可以分为以下三大类：低熵合金，即传统合金，以一种或两种元素为主要组成元素(ΔS_mix≤0.69R)；中熵合金，包含两种到四种主要元素(0.69R≤ΔS_mix≤1.61R)；高熵合金，包含至少五种主要组成元素(ΔS_mix≥1.61R)。

中熵合金介于传统合金(低熵合金)和高熵合金之间，既保持了高熵合金的突出性能，如高强度、硬度，又减少了主元数，其混合熵更接近传统合金，有更好的塑性加工性能。

目前，块体中熵合金的制备方法主要有真空电弧熔炼法和粉末冶金法。真空电弧熔炼法方法可熔炼熔点较高的合金，且可一次熔炼较多合金，有效的去除易挥发杂质和某些气体。但该方法制备的铸态合金容易出现内应力大、成分偏析、孔隙及缩孔等缺陷。由于变形机理较为复杂，中熵合金的相关研究大多还集中在铸态。目前，铸态中熵合金的后续加工工艺主要有锻造和轧制两种。锻造可以消除铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，使得工件的机械性能一般优于同样材料的铸件。轧制制备的工件机械性能比较差，硬度太高，必须经过退火才能恢复其机械性能。

中熵合金作为新的合金体系，尚未受到广泛的关注，相应的塑性变形对中熵合金的组织及性能的影响的报道相对较少。合理设计合金成分，优化塑性变形(锻造、轧制)的工艺参数，不断提高中熵合金的塑性变形能力，是今后中熵合金研究的重要方向。为了提高CoNiFe中熵合金的强韧性，本发明通过添加微量的Al和Ti，通过塑性加工和不同温度的退火热处理制备综合性能更优的中熵合金。采用本发明制备的微合金化高强韧中熵合金可广泛适用于动密封材料领域。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种微合金化高强韧动密封材料及其制备方法，该动密封材料的成分为(CoNiFe)₉₀Al_10-xTi_x，其中Co、Ni、Fe按等原子配比，x的取值范围为1～9，采用真空电弧熔炼的方法制备，优化锻造、轧制及退火热处理的工艺参数，提高合金强韧性，制备综合性能优良的中熵合金，可广泛适用于动密封材料领域。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种微合金化高强韧动密封材料及其制备方法，该动密封材料的成分为(CoNiFe)₉₀Al_10-xTi_x，其中Co、Ni、Fe按等原子配比，x的取值范围为1～9。

该制备方法包括以下步骤：