【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合金，尤其涉及一种掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料及其制备方法。
技术介绍
1、镍基合金是以镍为基体元素，并按一定比例添加两种或多种其他元素的一类合金。因其优异的性能，它们受到了广泛关注，这些性能包括出色的耐高温氧化能力、耐酸腐蚀能力，以及高抗拉强度和屈服强度。此外，镍基合金还具有很强的抗局部腐蚀、抗点蚀和抗应力腐蚀开裂能力。其独特的性能组合使其在各类工业应用中备受青睐。为满足特定的使用要求，人们研发并商业化了多种镍基合金，如哈氏合金、因科镍合金、蒙乃尔合金和因科洛伊合金系列，它们广泛应用于航空航天、海洋、化工、电子、医疗和能源等行业。
2、但是镍基合金优异的耐腐蚀性主要源于其表面形成的稳定致密的钝化膜。这种钝化膜在有氧和水分存在的情况下自然形成，可作为阻挡侵蚀性介质进一步腐蚀基体的屏障。但是在强酸和强碱情况下，镍基合金的钝化膜容易被破坏，此外其耐磨性也较差，钝化膜也容易因磨损破坏。
3、如cn119061291a 公开了一种耐腐蚀镍合金及其制备方法和应用，其成分包括：ni：52-56wt%，mo：2-4wt%，mn：0.9-1.1wt%，ce:0.5-1.0wt%；sm:0.5-1.0wt%，ca：0.2-0.4wt%，余量为铜。本申请的镍合金通过在制备过程中添加改性金属mo、mn、ce、sm和ca，改善了镍合金的耐腐蚀性，但是该申请加入的稀土元素在镍基合金中的溶解度有限，在凝固过程中，稀土元素极易发生偏析现象，富集在某些局部区域，难以实现均匀分布。这种成分偏析会造成合金不同部位的性能差异
4、如cn114318107a公开了一种耐腐蚀镍合金及其制备方法和应用。该合金包括以下质量含量的组分：b 4.68-5.35％、w 5.69-6.41％、cr 27.68-28.39％、al 12.65-13.42％，其余为ni和不可避免的杂质。本专利技术的合金为ni‑w‑b三元合金，主要成分ni、w、b，这三种元素在600℃左右具有较强的耐高温腐蚀能力，且均属于固溶体形成元素，具有固溶硬化和形成沉淀的潜力，提高了镍合金基体的蠕变强度。该申请通过形成al2o3和cr2o3氧化层，对氯气等腐蚀性气体起到物理扩散阻隔，但是该合金的耐磨性仍有待提高。
5、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料及其制备方法，本专利技术提供的合金材料具有优异的耐高温性能与耐化学性能。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术实施方式提供了一种掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料，包括以下按重量份组分：2.34-4.39份铈、1.48-1.96份三氧化二铈、4.34-7.28份铕、2.24-3.54份三氧化二铕、1.84-2.68份钇、0.58-1.03份三氧化二钇、4.85-6.96份钛、2.58-3.67份二氧化钛、5.21-8.56份铪、2.56-4.32份二氧化铪、10.24-20.34份氮掺杂碳化钨、余量为镍。
4、在一种优选的实施方式中，所述合金材料包括以下按重量份组分：2.5-4.0份铈、1.6-1.8份三氧化二铈、4.5-7.0份铕、2.5-3.0份三氧化二铕、1.9-2.2份钇、0.8-1.0份三氧化二钇、5.0-6.5份钛、2.8-3.5份二氧化钛、5.5-8.0份铪、2.8-4.0份二氧化铪、12 -18份氮掺杂碳化钨、余量为镍。
5、本专利技术中通过金属元素和稀土元素以及相应的氧化物的复配有效提高了合金材料的耐高温性能和耐化学性能，这主要是单纯添加金属元素通过其氧化物的形成提高耐腐蚀性能中，相应的氧化物颗粒会附着在金属颗粒表面，导致晶粒细化效果和力学性能减弱，导致相应的性能较差，本专利技术通化氧化物弥散强化有效阻碍位错运动，并且进一步提高了合金材料的耐高温性能和耐化学性能。
6、具体的，铈在镍基合金中，高温下易氧化形成氧化铈，氧化铈可以优先与环境中的氧反应，在合金表面构建起一道防护屏障，减缓镍基体的氧化速率，提升合金的抗氧化能力，让镍基合金能在高温氧化环境里维持性能稳定，并且在镍合金凝固时，铈元素可充当异质形核核心，增多晶核数量，细化晶粒，由此增强合金的强度与韧性。而加入的三氧化二铈能在合金熔炼、烧结环节部分分解，释放出铈原子融入镍基体，起到和铈单质类似的抗氧化、细化晶粒效果；剩余的三氧化二铈颗粒也可以作为弥散相，阻碍位错运动，提升合金强度。
7、铕融入镍基合金，能够优化合金的电子结构，铕的存在或许会增强镍合金的磁性，同时部分铕也会在合金表面富集，和氧反应，一定程度上保护合金免受腐蚀，提升耐蚀性。而三氧化二铕在高温下与镍接触，一方面分解产生铕原子去改变合金基体性能；另一方面，未分解的部分作为第二相，改变合金内部应力分布，协同镍基体提升合金高温抗蠕变能力。
8、钇加入镍基合金，在高温时和氧结合生成稳定的三氧化二钇，补充并稳固合金表面的氧化膜，大大增强镍合金的抗氧化、抗硫化性能。并且钇倾向于在晶界偏析，阻碍晶界迁移，避免晶粒异常长大，维持细小晶粒状态，让镍合金的强度、韧性得以提升。此外，三氧化二钇作为弥散相均匀分布在镍基体，阻碍位错滑移，起到沉淀强化作用；并且它还可以吸附合金中的杂质元素，净化合金，提升合金力学综合性能。
9、钛和镍能形成金属间化合物钛化三镍，钛化三镍作为强化相，分布在镍基体中，显著提升合金的强度与硬度，同时保持一定的韧性。并且，适量钛的加入，改变镍合金的晶体结构与相组成，降低合金的加工硬化速率，让镍合金在热加工、冷加工时变得更容易成型。此外，在烧结、熔炼镍基合金时，部分二氧化钛会被还原，释放出钛原子参与合金化反应；剩余二氧化钛颗粒均匀分散，起到弥散强化效果，提升合金强度；而且钛化三镍还能在一定程度上吸附合金中的夹杂物，净化合金组织。
10、铪融入镍基合金后，高温下形成如铪化五镍、铪化七镍等金属间化合物，这些化合物沉淀析出，提升镍合金在高温环境下的强度与抗蠕变性能，助力合金在高温持久服役。并且铪的加入，调整了镍合金的钝化膜成分，提高三氧化二铈等耐蚀成分的比例，增强合金在腐蚀性介质中的耐蚀能力。此外，二氧化铪作为硬质点弥散在镍合金内，阻碍位错运动，实现弥散强化；同时，它具有高熔点和化学稳定性，能提升合金整体的耐高温、耐磨性能，使镍合金适应更恶劣工况。
11、还需说明的是，三氧化二铈、三氧化二钇和三氧化二铕这类稀土氧化物，都具备良好的化学稳定性。在高温有氧环境下，它们能相互配合，共同促进更加致密、连续氧化膜的形成。三氧化二铈、三氧化二钇同时存在时，三氧化二铈可快速捕捉初始氧原子，随后三氧化二钇和三氧化二铕参与进来稳固膜结构，提升材料整体抗氧化性。并且铈、铕、钇的氧化物都有较高化学活性，在高温熔炼时，它们能协同作用，与合金中的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料，其特征在于，包括以下按重量份组分：2.34-4.39份铈、1.48-1.96份三氧化二铈、4.34-7.28份铕、2.24-3.54份三氧化二铕、1.84-2.68份钇、0.58-1.03份三氧化二钇、4.85-6.96份钛、2.58-3.67份二氧化钛、5.21-8.56份铪、2.56-4.32份二氧化铪、10.24-20.34份氮掺杂碳化钨、余量为镍。
2.根据权利要求1所述的掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料，其特征在于，所述合金材料包括以下按重量份组分：2.5-4.0份铈、1.6-1.8份三氧化二铈、4.5-7.0份铕、2.5-3.0份三氧化二铕、1.9-2.2份钇、0.8-1.0份三氧化二钇、5.0-6.5份钛、2.8-3.5份二氧化钛、5.5-8.0份铪、2.8-4.0份二氧化铪、12 -18份氮掺杂碳化钨、余量为镍。
3.根据权利要求1或2所述的掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料，其特征在于，所述氮掺杂碳化钨的制备方法如下：
4.根据权利要求3所述的掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料，其特征在于
5.根据权利要求3所述的掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料，其特征在于，所述加热的温度为40-80℃。
6.根据权利要求3所述的掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料，其特征在于，所述保温反应的条件为：温度700-1000℃，时间1-5h。
7.根据权利要求3所述的掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料，其特征在于，所述过筛使用的筛网为200-400目。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料的制备方法，其特征在于，所述球磨的条件为：以在500-700rpm下球磨48-72h；
10.根据权利要求8所述的掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为800-1000℃，烧结的时间为1-2h，烧结的条件为真空；
...【技术特征摘要】
1.一种掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料，其特征在于，包括以下按重量份组分：2.34-4.39份铈、1.48-1.96份三氧化二铈、4.34-7.28份铕、2.24-3.54份三氧化二铕、1.84-2.68份钇、0.58-1.03份三氧化二钇、4.85-6.96份钛、2.58-3.67份二氧化钛、5.21-8.56份铪、2.56-4.32份二氧化铪、10.24-20.34份氮掺杂碳化钨、余量为镍。
2.根据权利要求1所述的掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料，其特征在于，所述合金材料包括以下按重量份组分：2.5-4.0份铈、1.6-1.8份三氧化二铈、4.5-7.0份铕、2.5-3.0份三氧化二铕、1.9-2.2份钇、0.8-1.0份三氧化二钇、5.0-6.5份钛、2.8-3.5份二氧化钛、5.5-8.0份铪、2.8-4.0份二氧化铪、12 -18份氮掺杂碳化钨、余量为镍。
3.根据权利要求1或2所述的掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料，其特征在于，所述氮掺杂碳化钨的制备方法如下：
4.根据权利要求3所述的掺杂稀土的耐高温耐化学性合金材料，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪玉玲，胡为峰，胡佳祺，吴俊升，
申请(专利权)人：北京赛亿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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