[发明专利]一种提高碳纳米材料增强镍基高温合金综合性能的方法

说明书

本发明提供一种提高碳纳米材料增强镍基高温合金综合性能的方法，属于粉末冶金及高温合金领域。针对碳纳米材料增强镍基高温合金降低高温抗氧化性能问题，本发明首次提出对碳纳米材料表面包覆致密Ni层，解决碳纳米材料易团聚、与基体界面结合差等导致的力学性能和高温抗氧化性能差的问题；通过特定的球磨工艺，获得碳纳米材料均匀分散的混合粉末，实现碳纳米材料的进一步均匀分散；通过放电等离子烧结(SPS)、热等静压、热压、热挤压或热锻，或3D打印等粉末成形方法，制备得到碳纳米材料增强René104镍基复合材料，所制备的材料力学性能优异，同时具有优异高温抗氧化性能，有效解决了碳纳米材料增强金属基复合材料无法作为高温结构材料使用的难题。

技术领域

本发明提供一种提高碳纳米材料增强镍基高温合金综合性能的方法，属于粉末冶金及高温合金领域。

背景技术

镍基高温合金因其优异的抗拉强度、抗蠕变性能和高温抗疲劳裂纹扩展性能而被广泛用于制造航空发动机的关键热端部件。新一代航空航天技术的飞速发展，对镍基高温合金综合性能提出了更高的要求。碳纳米材料(碳纳米管/石墨烯/碳纤维)具有强度优异、导热系数高、热膨胀系数低等优点，是金属基复合材料重要的增强体材料。

由于表面范德华力作用，碳纳米材料容易团聚，很难在金属基体中均匀分散；同时，碳纳米材料与镍基高温合金的润湿性差，增强体与基体的界面结合缺陷难以消除，严重降低镍基高温合金的高温抗氧化性能，制约了碳纳米材料增强镍基高温合金复合材料的应用。

针对上述问题，国内外进行了探索性的研究。中国专利(CN108588459A)公开了一种高强镍基高温合金的制备方法，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，制备得到高强镍基高温合金。所制备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，在常温及高温下的力学性能大幅度提高。中国专利(CN107755668A)公开了一种制备增强镍基高温合金复合材料单晶叶片的方法，利用超细单晶镍粉作为主要原材料，加入增强材料，根据高温合金材料配方要求，加入其它超细难熔金属粉末，成型后，通过电磁场约束诱导区域熔炼定向凝固再结晶的方法，制备石墨烯增强的镍基高温合金复合材料单晶涡轮叶片。以上专利没有报道所制备合金的高温抗氧化性能。

本发明提出对碳纳米材料表面包覆致密Ni层，解决碳纳米材料的易团聚、与基体界面结合差等导致的力学和高温抗氧化性能差的问题；通过表面包覆致密镍层，消除碳纳米材料团聚现象、与基体界面结合缺陷，有效提高所制备复合材料力学性能的同时，解决因界面结合缺陷导致的高温抗氧化性能差的问题；通过特定的球磨工艺，获得碳纳米材料均匀分散的片状复合粉末，或球状复合粉末，实现碳纳米材料的进一步均匀分散，同时细化晶粒，提高力学性能；通过放电等离子烧结(SPS)、热等静压、热压、热挤压或热锻，或3D打印等粉末成形方法，制备得到碳纳米材料增强René104镍基复合材料，所制备的材料力学性能优异，同时具有优异高温抗氧化性能，有效解决了碳纳米材料增强金属基复合材料无法作为高温结构材料使用的难题。

发明内容

本发明一种提高碳纳米材料增强镍基高温合金综合性能的方法，针对碳纳米材料增强镍基高温合金降低高温抗氧化性能问题，本发明首次提出对碳纳米材料表面包覆致密Ni层，解决碳纳米材料易团聚、与基体界面结合差等导致的力学性能和高温抗氧化性能差的问题；通过特定的球磨工艺，获得碳纳米材料均匀分散的混合粉末，实现碳纳米材料的进一步均匀分散；通过SPS、热等静压、热压、热挤压或热锻，或3D打印等粉末成形方法，制备得到碳纳米材料增强René104镍基复合材料，所制备的材料力学性能优异，同时具有优异高温抗氧化性能，有效解决了碳纳米材料增强金属基复合材料无法作为高温结构材料使用的难题。

本发明一种提高碳纳米材料增强镍基高温合金综合性能的方法，其特征在于：所述表面包覆致密Ni层为化学镀镍，包括纯化、敏化、活化和化学镀等步骤，可以通过改变化学镀镍参数调整镀镍的量。