一种Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物制造技术

本发明专利技术公开了一种Ｔａ改性的ＮｉＡｌ－Ｃｒ（Ｍｏ）双相共晶金属间化合物，其成分范围为３３ａｔ％的Ｎｉ，３０ａｔ％的Ｃｒ，４ａｔ％的Ｍｏ，１～１３ａｔ％的Ｔａ和余量的Ａｌ。通过在ＮｉＡｌ－Ｃｒ（Ｍｏ）双相共晶合金的共晶点附近的成分范围内降低Ａｌ元素含量、添加Ｔａ元素进行改性，以及Ｔａ元素与Ｃｒ形成Ｌａｖｅｓ（Ｃｒ↓［２］Ｔａ）相，在室温塑性和韧性较好的富Ｎｉ的ＮｉＡｌ－Ｃｒ（Ｍｏ）两相组织的基础上引入适当的Ｌａｖｅｓ相来，进一步提高共晶金属间化合物的高温强度。本发明专利技术Ｔａ改性的ＮｉＡｌ－Ｃｒ（Ｍｏ）双相共晶金属间化合物的密度为６．１～６．９ｇ／ｃｍ↑［３］，在１１５０℃时的屈服强度达到１２０～４００ＭＰａ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶新型结构金属间化合物，所述 金属间化合物中存在有NiAl相、Cr(Mo)相和Cr2Ta相。技术背景目前，在动力、石化、运输、特别是航空及航天等工业领域，应用在60CTC以上 的金属结构材料通常为镍基、铁基和钴基高温合金。这些材料具有较高的密度(一般 在8.0g/cms以上)，所制成的构件和设备重量大，为了减轻结构重量，提高效率， 降低能源消耗，必须开发低密度、高比强的新型高温合金以适应相关工业领域未来发 展的需要。更为迫切的是目前以Ni基、Co基为代表的高温合金由于受到熔点的限制，已接近其使用的极限温度。即使是加入了大量贵金属的三代高温合金单晶，其使用温 度也不超过IIO(TC。为满足新一代燃气涡轮发动机的需求，急需开发承温能力为 115CTC的高温结构材料。B2结构长程有序NiAl的熔点高达1638°C，比镍基高温合金高300~350°C, 使用温度可望达到125CTC;其密度5.86g/cms仅为镍基高温合金的2/3，合金化 后的密度为6.0g/cms左右，从而可有效地提高比强度，降低工件重量；NiAl的导 热率大，为一般镍基高温合金的4 8倍，可使得热端部件的温度梯度减小，从而降 低热应力，提高冷热疲劳性能；此外，NiAl还具有优异的抗氧化性能。伹是NiAl的 常温塑性小于1%,断裂韧性为3 5MPa* V^，高温IOO(TC屈服强度为小于 lOOMPa，严重的限制了其实用化的运用。原位自生复合材料技术是解决材料室温脆性和高温强度问题的有效途径之一。通 过添加过渡族元素，如Cr、 Mo、 V、 W等，可与NiAl形成伪二元共晶系，利用其 内生的难熔金属相可使得强度提高、断裂韧性增加。共晶组织的层片状组织非常细小， 层间距相距只有十分之几至几个微米，位错的平均自由程很小，在相与相之间的钉扎导致Hall-Petch型强化；另夕卜，共晶合金中的塑性相与NiAl脆'性相中的裂纹能够产 生交互作用，直观的表现为裂纹桥接，裂纹偏转和裂纹钝化，使得NiAl伪共晶合金 的韧性得到提高。如NiA1-Cr(Mo)共晶的断裂韧性为17 22Mi>"*V^，其抗冲击性 能也好于AFN-12。但是，NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物的高温强度改善不大， 仍然无法满足新一代燃气涡轮发动机在115(TC环境下的使用要求，进行进一步的成 份设计和组织设计，是提高NiAl金属间化合物综合性能的有效途径。 专利技术 内 容本专利技术的目的是提供一种Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物，通过 在NiAl-Cr(Mo)双相共晶合金的共晶点附近的成分范围内，降低A1元素含量、添加 Ta元素进行改性；以及Ta元素与Cr形成Laves(CiVTa)相，在室温塑性和韧性较 好的富Ni的NiAl-Cr(Mo)两相组织的基础上引入适当的Laves相，来进一步提高共 晶合金的高温强度和室温塑性。以此开发出新型的低密度、高比强度的高温1150°C 结构金属间化合物，减轻结构重量，提高效率，降低能源消耗，从而带来巨大的社会 和经济效益以及满足新一代燃气涡轮发动机用合金需达到承温能力115(TC的要求。本专利技术是一种Ta改性的MAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物，由纯度99.999% 的镍(Ni)、纯度99.999%的铝(Al)、纯度99.999%的铬(Cr)、纯度99.999% 的钼(Mo)以及纯度99.999%的钽(Ta)组成，成分范围为33at。/。的M, 30at ^的Cr, 4atX的Mo， l 13at乂的Ta和余量的Al。所述Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物，可以是 33Ni-30Al-30Cr-4Mo-3Ta 或者 33Ni-28Al-30Cr-4Mo-5Ta 或者 33Ni-25A1-30Cr-4Mo-8Ta或者33Ni-23Al-30Cr-4Mo-10Ta。本专利技术Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物的优点在于(1) 适当降低Al元素含量、添加Ta元素对NiAl-Cr(Mo)双相共晶合金进行改 性，以及Ta元素与Cr形成Laves(Cr2Ta)相，在室温塑性和韧性较好的富Ni的 NiAl-Cr(Mo)两相组织的基础上引入适当的Laves相，来进一步提高共晶合金的高温强度，以此形成在室温和高温都具有较好综合性能的新型结构金属间化合物。(2) Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物的密度为6. l 6.9g/cm3。(3) Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物在25"C时屈服强度为 1300 2100MPa，比未改性的NiAl-Cr(Mo)合金提高40% 140%,比等原子比 NiAl金属间化合物提高110%~220%;在1150°C时的屈服强度达到120 400MPa。(4) Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物的压缩塑性大于15%, 比未改性的NiAl-Cr(Mo)共晶合金提高13%,比等原子比NiAl金属间化合物提高 110%。附图说明图1是33Ni-28Al-30Cr-4Mo-5Ta金属间化合物在25。C、 500°C、 600°C、 800°C、 115(TC下的压缩实验结果。图2是33Ni-30A1-30Cr-4Mo-3Ta金属间化合物在25。C、 800°C、 1150。C下 的压缩实验结果。图3是33Ni-25Al-30Cr-4Mo-8Ta金属间化合物在25°C、 800°C、 1150。C下 的压缩实验结果。图4是33Ni-23Al-30Cr-4Mo-10Ta金属间化合物在25°C、 800°C、 1150。C 下的压缩实验结果。图5Ji^改性的33Ni-33Al隱30Cr-4Mo双相共晶合金在25。C、 600°C、 800°C、 115(rC下的压缩实验结果。图中，25。C屈服强度为1100MP"，压缩塑性大于15%; 600。C屈服强度为700MPa，压缩塑性大于43%; 800。C屈服强度为, 压缩塑性大于55%;其115CTC屈服强度为100Mi^ 。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术是一种Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物，是针对NiAl金 属间化合物的室温脆性和高温强度问题，在NiAl双向共晶合金的基础上开发出一种 Ta元素改性的新型高温高比强的双相共晶基合金，该合金能替代传统高温合金，减 轻结构重量，降低能耗并带来巨大的社会和经济效益，以及进一步满足新一代燃气涡 轮发动机用合金需达到承温能力115(TC的要求。本专利技术Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物，所需原料由纯度 99.999%的镍(Ni)、纯度99.999%的铝(Al)、纯度99.999%的铬(Cr)、纯度 99.999%的钼(Mo)以及纯度99.999%的钽(Ta)组成，成分范围为33at。/。的 Ni， 30at^的Cr， 4at乂的Mo, 1 13at^的Ta和余量的Al。本专利技术的33Ni-20~32Al-30Cr-4Mo-l~13Ta金属间化合物采用真空电弧熔炼法制备，该方法是将按比例称取的原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｔａ改性的ＮｉＡｌ－Ｃｒ（Ｍｏ）双相共晶金属间化合物，其特征在于：所述金属间化合物由纯度９９．９９９％的镍（Ｎｉ）、纯度９９．９９９％的铝（Ａｌ）、纯度９９．９９９％的铬（Ｃｒ）、纯度９９．９９９％的钼（Ｍｏ）以及纯度９９．９９９％的钽（Ｔａ）组成，成分范围为３３ａｔ％的Ｎｉ，３０ａｔ％的Ｃｒ，４ａｔ％的Ｍｏ，１～１３ａｔ％的Ｔａ和余量的Ａｌ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐惠彬，张志刚，汤林志，刘先斌，宫声凯，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[]