【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料表面工程，具体涉及一种提高合金高温抗氧化性能的梯度异构组织及其制备方法和合金。
技术介绍
1、随着超超临界发电技术的发展，降低火电机组供电煤耗已成为电力装备发展的重要方向。目前，现有投入运行的超超临界电站主要为600-630℃等级，基于性能和成本考虑，过热器和换热器等核心部件仍广泛使用super304h以及hr3c等型号的耐热奥氏体不锈钢。但是，上述耐热不锈钢在高温氧化环境下长期服役的过程中，容易产生氧化膜反复剥落的问题，导致氧化物堵塞管道而发生爆管现象，给机组的维护带来了极大的困难，并对安全运行带来了威胁。
2、另外，随着超超临界发电技术朝着700℃等级发展，现有的耐热奥氏体不锈钢已经无法满足高温抗氧化以及持久蠕变性能的要求。虽然现有研究表明，新型镍基或铁镍基高温合金在更高温度等级的超超临界机组中具有广泛的应用前景，但是上述高温合金在服役过程中也存在异常氧化的现象。表面氧化引起的金属氧阳离子外扩散不仅会在氧化膜/基体界面附近形成孔洞等缺陷，还会导致表层晶粒粗化和无析出相区域的形成。这些因素均会导致材料的蠕变强度降低，加速裂纹在表层的萌生与扩展，缩短合金的蠕变寿命。
3、合金的高温氧化行为由其表层的化学成分和微观组织所决定，通过调控其表层的晶粒尺寸、晶界种类以及析出行为有望提升高温抗氧化性能。因此，基于提升合金高温抗氧化性能的客观需求，如何通过调控表层微观组织提升合金的高温抗氧化能力，是目前本领域需要解决的技术问题。
技术实现思路
1、
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种提高合金高温抗氧化性能的梯度异构组织，所述梯度异构组织包括由合金表面向内部延伸的合金组织；
4、所述梯度异构组织中，晶粒尺寸由合金表面向内呈梯度分布；
5、所述梯度异构组织中，同一深度范围内的晶粒呈多尺寸分布，即晶粒异构；
6、所述晶粒内部存在退火孪晶界；
7、所述晶粒内部或沿晶界存在析出相。
8、本专利技术提供的梯度异构组织主要从三个方面对合金的微观组织进行调控：一方面是使晶粒尺寸由合金表面向内呈梯度分布，即由外向内晶粒由小到大，通过细化表层晶粒提高晶界比例，提升合金的抗氧化性能；一方面通过退火孪晶界影响高温下元素的扩散行为，孪晶界能够避免如常规晶界促进氧元素沿晶界扩散并发生内氧化的现象，并且孪晶界能够提升合金强度，抑制内氧化的发生；另一方面，析出相沿晶界或在晶粒内析出，能够抑制元素沿晶界扩散以及氧化膜内向生长，从而降低氧化反应的速率。综上，本专利技术提供的梯度异构组织通过对合金表面微观组织的调控，能够有效提升合金的高温抗氧化性能。
9、本专利技术中，所述“多尺寸分布”指的是同一深度范围内晶粒的大小不是单一尺寸的，而是包含不同尺寸的晶粒，即晶粒异构。
10、优选地，所述梯度异构组织的表层厚度为5-80μm，例如可以是5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm或80μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
11、优选地，所述梯度异构组织的总厚度为100-1500μm，例如可以是100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm、1100μm、1200μm、1300μm、1400μm或1500μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
12、本专利技术中，所述梯度异构组织的总厚度受表面处理的工艺影响，并根据高温抗氧化的性能要求进行选择和设定。
13、优选地，所述表层中最大晶粒尺寸为最小晶粒尺寸的2-5倍，例如可以是2倍、3倍、4倍或5倍，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
14、优选地，所述表层的晶粒等效直径为0.08-5μm，例如可以是0.08μm、0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
15、本专利技术中，所述晶粒的尺寸受退火处理工艺的影响，优选控制表层的晶粒等效直径在特定范围。若晶粒尺寸过大则单位面积内晶界比例降低，其作为元素扩散通道无法提供充足的保护性氧化膜形成元素以维持氧化膜的稳定性，而当晶粒尺寸较小时，其热稳定性较低，在氧化过程中由于晶界元素扩散而容易发生长大现象。
16、优选地，所述梯度异构组织的晶粒为近等轴状。
17、优选地，所述梯度异构组织中的退火孪晶界占总晶界的比例为40-70％，例如可以是40％、42％、45％、48％、50％、52％、55％、58％、60％、62％、65％、68％或70％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
18、优选地，所述梯度异构组织中析出相的尺寸为30-500nm，例如可以是30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、150nm、180nm、200nm、220nm、250nm、280nm、300nm、320nm、350nm、380nm、400nm、420nm、450nm、480nm或500nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
19、优选地，所述析出相包括富cu析出相、sigma相、laves相或γ′相中的任意一种或至少两种的组合。
20、优选地，所述梯度异构组织中析出相的数量密度为合金基体处的3-5倍，例如可以是3倍、4倍或5倍，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
21、本专利技术中，所述“合金基体处”指的是合金不包括最外侧梯度异构组织的剩余部分。
22、优选地，所述合金包括不锈钢、镍基高温合金、铁镍基高温合金、钛合金或高熵合金中的任意一种。
23、优选的，所述合金含有的元素包括c、n、fe、cr、mn、al、ni、nb、cu、ti、v、mo、w、b、zr、co或ce中的任意一种或至少两种的组合。
24、本专利技术中，所述析出相的类型受合金成分的影响。本专利技术中，优选适用于含有上述元素的不锈钢、镍基高温合金、铁镍基高温合金、钛合金或高熵合金。
25、第二方面，本专利技术提供了一种如本专利技术第一方面所述提高合金高温抗氧化性能的梯度异构组织的制备方法，所述制备方法包括以下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高合金高温抗氧化性能的梯度异构组织，其特征在于，所述梯度异构组织包括由合金表面向内部延伸的合金组织；
2.根据权利要求1所述的梯度异构组织，其特征在于，所述梯度异构组织的表层厚度为5-80μm；
3.根据权利要求2所述的梯度异构组织，其特征在于，所述表层的晶粒等效直径为0.08-5μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的梯度异构组织，其特征在于，所述梯度异构组织的晶粒为近等轴状。
5.根据权利要求1-4任一项所述的梯度异构组织，其特征在于，所述梯度异构组织中的退火孪晶界占总晶界的比例为40-70％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的梯度异构组织，其特征在于，所述梯度异构组织中析出相的尺寸为30-500nm；
7.根据权利要求1-6任一项所述的梯度异构组织，其特征在于，所述合金包括不锈钢、镍基高温合金、铁镍基高温合金、钛合金或高熵合金中的任意一种；
8.一种如权利要求1-7任一项所述提高合金高温抗氧化性能的梯度异构组织的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
9.
10.一种合金，其特征在于，所述合金含有如权利要求1-7任一项所述的提高合金高温抗氧化性能的梯度异构组织。
...【技术特征摘要】
1.一种提高合金高温抗氧化性能的梯度异构组织，其特征在于，所述梯度异构组织包括由合金表面向内部延伸的合金组织；
2.根据权利要求1所述的梯度异构组织，其特征在于，所述梯度异构组织的表层厚度为5-80μm；
3.根据权利要求2所述的梯度异构组织，其特征在于，所述表层的晶粒等效直径为0.08-5μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的梯度异构组织，其特征在于，所述梯度异构组织的晶粒为近等轴状。
5.根据权利要求1-4任一项所述的梯度异构组织，其特征在于，所述梯度异构组织中的退火孪晶界占总晶界的比例为40-70％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的梯度异构组织，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈洁，魏亮亮，王永刚，王声翔，杨陆峰，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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