一种提高碳纳米材料增强镍基高温合金综合性能的方法技术

本发明专利技术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，本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种提高碳纳米材料增强镍基高温合金综合性能的方法
本专利技术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。
技术介绍
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。本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术一种提高碳纳米材料增强镍基高温合金综合性能的方法，所述方法包括下述步骤：步骤一：球磨混粉按质量比，表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料：Ni基高温合金粉末＝0.5∶99.5-1.5∶98.5；将表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料与Ni基高温合金粉末进行球磨、均匀混合，得到片状复合粉末；步骤二：粉末成形对步骤一所得混合粉末进行SPS，得到产品；所述SPS工艺参数为：压力30-50MPa，烧结温度为950-1150℃，烧结时间为5-30min；所述的粉末成形方法还可以是热等静压，或热压，或热挤压，或热锻成形中的一种。或所述方法为：步骤A：球磨混粉按质量比，表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料：球状Ni基高温合金粉末＝1∶99-3∶97；将表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料与Ni基高温合金粉末进行球磨、均匀混合，得到球状复合粉末；步骤B：粉末成形对步骤A所得混合粉末进行3D打印，得到产品；所述3D打印可以是选区激光熔融(SLM)，或电子束熔化(EBM)，或同轴送粉激光成形(LENS)中的一种。本专利技术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：所述表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料，其包覆方法为化学镀镍、气相沉积、磁控溅射中的一种。本专利技术一种提高碳纳米材料增强镍基高温合金综合性能的方法，步骤一中，按质量比，表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料：Ni基高温合金粉末＝0.5∶99.5-1.5∶98.5；将表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料与Ni基高温合金粉末置于球磨机中，控制球磨参数为：球料质量比为5∶1-10∶1，无水乙醇作为球磨介质，转速为150-250r/min，时间5-15h；在完成片状化的同时，实现均匀混合，得到混合粉末。在本专利技术通过化学镀镍，消除碳纳米材料团聚现象，以及基体与界面结合缺陷，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，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。在本专利技术的这一方案中，通过球磨参数优化，使碳纳米材料均匀分散在镍基高温合金片层上，得到片状复合粉末；这对于大幅提升产品的力学性能和确保材料的抗高温氧化性能有着至关重要的影响。这是本专利技术首次提出的。本专利技术一种提高碳纳米材料增强镍基高温合金综合性能的方法，步骤A中，按质量比，表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料：Ni基高温合金粉＝1∶99-3∶97；将表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料与Ni基高温合金粉末置于球磨机中，控制球磨参数为：球料质量比为1∶1-5∶1，无水乙醇作为球磨介质，转速为100-200r/min，时间2-8h；在粉末球形化的同时，实现均匀混合；得到球形复合粉末。本专利技术两套工艺路线中，将碳纳米材料和镍基高温合金粉末一起球磨混粉时，采用球磨介质为无水乙醇的湿磨处理，通过优化球磨参数改善碳纳米材料在镍基高温合金粉末的分散均匀性。本专利技术一种提高碳纳米材料增强镍基高温合金综合性能的方法，表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料中Ni的含量为60-90wt.％。在本专利技术中，表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料所述化学镀镍包括纯化、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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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：所述方法包括下述步骤：/n步骤一：球磨混粉/n按质量比，表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料：Ni基高温合金粉末＝0.5∶99.5-1.5∶98.5；将表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料与Ni基高温合金粉末进行球磨、均匀混合，得到片状复合粉末；/n步骤二：粉末成形/n对步骤一所得混合粉末进行放电等离子烧结(SPS)，得到产品；所述SPS工艺参数为：压力30-50MPa，烧结温度为950-1150℃，烧结时间为5-30min；/n所述的粉末成形方法还可以是热等静压，或热压，或热挤压，或热锻成形中的一种。/n或所述方法包括下述步骤：/n步骤A：球磨混粉/n按质量比，表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料：球状Ni基高温合金粉末＝1∶99-3∶97；将表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料与Ni基高温合金粉末进行球磨、均匀混合，得到球状复合粉末；/n步骤B：粉末成形/n对步骤A所得混合粉末进行3D打印，得到产品；/n所述3D打印可以是选区激光熔融(SLM)，或电子束熔化(EBM)，或同轴送粉激光成形(LENS)中的一种。/n

【技术特征摘要】
1.一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：所述方法包括下述步骤：
步骤一：球磨混粉
按质量比，表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料：Ni基高温合金粉末＝0.5∶99.5-1.5∶98.5；将表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料与Ni基高温合金粉末进行球磨、均匀混合，得到片状复合粉末；
步骤二：粉末成形
对步骤一所得混合粉末进行放电等离子烧结(SPS)，得到产品；所述SPS工艺参数为：压力30-50MPa，烧结温度为950-1150℃，烧结时间为5-30min；
所述的粉末成形方法还可以是热等静压，或热压，或热挤压，或热锻成形中的一种。
或所述方法包括下述步骤：
步骤A：球磨混粉
按质量比，表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料：球状Ni基高温合金粉末＝1∶99-3∶97；将表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料与Ni基高温合金粉末进行球磨、均匀混合，得到球状复合粉末；
步骤B：粉末成形
对步骤A所得混合粉末进行3D打印，得到产品；
所述3D打印可以是选区激光熔融(SLM)，或电子束熔化(EBM)，或同轴送粉激光成形(LENS)中的一种。


2.根据权利要求1所述的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：步骤一中，按质量比，表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料：Ni基高温合金粉＝0.5∶99.5-1.5∶98.5；将表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料与Ni基高温合金粉末置于球磨机中，控制球磨参数为：球料质量比为5∶1-10∶1，无水乙醇作为球磨介质，转速为150-250r/min，时间5-15h；在完成片状化的同时，实现均匀混合；得到片状混合粉末。


3.根据权利要求1所述的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：步骤A中，按质量比，表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料：Ni基高温合金粉末＝1∶99-3∶97；将表面包覆有致密Ni层的碳纳米材料与Ni基高温合金粉末置于球磨机中，控制球磨参数为：球料质量比为1∶1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘祖铭，魏冰，农必重，吕学谦，任亚科，曹镔，艾永康，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43