[发明专利]一种提高Ni3

说明书

本发明提供了一种提高Ni₃Al合金高温力学性能的方法，属于合金材料加工技术领域。本发明在定向凝固的过程中施加与定向凝固方向平行的稳恒磁场，并重新调整稳恒磁场的强度和定向凝固的抽拉速率，利用磁场与热电流交互作用而引发的热电磁效应，以及通过控制抽拉速率改变磁场效果，即在磁场强度和抽拉速率的协同作用下，改善熔体中NiAl枝晶的形貌、取向和分布，使原本规则排列的柱状枝晶以颗粒形式存在，同时颗粒又保留有一定的择优取向，而枝晶间Ni₃Al始终保持单晶基体，从而生成了定向NiAl颗粒和单晶Ni₃Al基体组成的复合结构，使得Ni₃Al合金的高温力学性能得到有效改善。

技术领域

本发明涉及合金材料加工技术领域，具体涉及一种提高Ni₃Al合金高温力学性能的方法。

背景技术

Ni₃Al合金由于其主要金相组织为金属间化合物Ni₃Al相，是一种硬脆相，因而在难以在高温环境下表现出较好的性能。目前经过多年研究，已经研制出一批以Ni₃Al为基体，通过添加B、Cr、Hf、Zr等强化合金元素的系列合金，但是目前仅有富Ni的Ni₃Al基合金(γ/γ′)投入到工业应用中，其熔点和密度较传统镍基高温合金仍提升不多。而提高Al含量引入β(NiAl)相虽然可以获得熔点和密度上的优势，但由于脆硬的β相和本征脆性的β/γ′两相界面容易导致合金的脆性断裂，使富Al的Ni₃Al基合金的工业应用受到极大限制。

同时，另一种比较有效的提高Ni₃Al基合金塑性的方法是控制晶粒的形状，采用定向凝固的方式得到柱状晶，可以抑制裂纹沿晶界的延伸和扩展，降低其脆性，但是其塑性的提高幅度仍有限，仍无法满足航空航天、能源动力等高温技术产业的极端苛刻条件下的服役要求，其中，高温强度不足仍然是Ni₃Al基合金急需克服的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高Ni₃Al合金高温力学性能的方法，本发明提供的方法制备得到的Ni₃Al合金枝晶的形貌、取向和分布得到有效改善，表现出较高的高温力学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明的技术方案提供了一种提高Ni₃Al合金高温力学性能的方法，包括：将Ni₃Al合金棒材依次进行熔炼和定向凝固，得到Ni₃Al合金；

所述定向凝固包括：将熔炼得到的Ni₃Al合金熔体在稳恒磁场的作用下，抽拉入冷却介质中，直至完全凝固；所述稳恒磁场的方向与定向凝固的方向平行；所述稳恒磁场的磁场强度为0.05～0.9T；所述定向凝固的抽拉速率为 8～30μm/s。

优选的，所述稳恒磁场的磁场强度为0.1～0.8T。

优选的，所述Ni₃Al合金棒材的化学组成包括：Ni、Al、Zr和B；所述 Ni、Al、Zr和B的物质的量之比为73：26.5：0.4：0.1。

优选的，所述定向凝固的抽拉速率为10～25μm/s。

优选的，所述熔炼的温度为1550℃，所述熔炼的时间为35～55min。

优选的，加热至所述熔炼的温度的升温速率为5～9.5℃/min。

优选的，所述定向凝固的温度梯度为45℃/cm。

优选的，所述冷却介质包括Ga-In-Sn液态合金、Ga-Sn液态合金、Ga-In 液态合金或冰水混合物。