一種稀土改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金及其制備方法與流程
本發(fā)明屬于高溫合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種稀土改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
單晶高溫合金不僅能在接近其熔點的溫度下服役，在高溫長時間下承受一定的應(yīng)力抵抗機(jī)械變形，并且具有抗氧化和抗腐蝕環(huán)境的能力。目前，高溫合金已成為航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片首選材料之一，廣泛地用于制造航空噴氣發(fā)動機(jī)，各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)最熱端部件。
金屬間化合物具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能，其使用溫度覆蓋650～1500℃，成為高溫結(jié)構(gòu)材料研究的熱點。Ni3Al是一種金屬間化合物，熔點為1395℃，具有高溫材料很多優(yōu)點：如密度較低(7.8g/cm3)，室溫延展性好，具有較高的高溫強(qiáng)度、蠕變抗力和高的比強(qiáng)度，且屈服強(qiáng)度在峰值溫度以下具有正溫度效應(yīng)。因此考慮以Ni3Al為基的合金有可能突破現(xiàn)有鎳基高溫合金的使用溫度。
我國第一個用于航空發(fā)動機(jī)的金屬間化合物Ni3Al基定向凝固高溫合金IC6，具有良好的高溫機(jī)械性能，合金的初熔點(1315℃)比先進(jìn)鎳基高溫合金高50～70℃，是目前使用溫度最高的導(dǎo)向葉片。新發(fā)明的IC21合金含有9.5wt％Mo和1.5wt％Re，使合金的初熔點進(jìn)一步提高，合金的力學(xué)性能也有所增強(qiáng)，但是合金在高溫下的抗氧化性能不太理想。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中高溫合金使用過程存在的問題，本發(fā)明提出一種稀土改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金，該合金性價比好，使用壽命長，抗氧化性能優(yōu)異，耐1100℃高溫下的氧化腐蝕，成為專用于航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片的Ni3Al基單晶高溫合金材料。
本發(fā)明提出了一種可用于航空發(fā)動機(jī)渦輪動葉的稀土改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金，該合金的成分包括Ni、Al、Mo、Re、Ta、Cr、C、Y和Dy，或者包括Ni、Al、Mo、Re、Ta、Cr、C、Y和Ce，各成分按重量百分比為：7.0～8.0wt％的Al，8.0～9.5wt％的Mo，1.5～3wt％的Re，3～5wt％的Ta，1.5～3wt％的Cr，0.001～0.005wt％的C，0.01～0.05wt％的Y，0.01～0.1wt％的Dy(或0.01～0.1wt％的Ce)，其余為Ni。該稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金鑄態(tài)組織包括γ′相、γ相和富Mo、Re的白色析出相三種相結(jié)構(gòu)，密度為7.9～8.1g/cm3，該合金在1100℃下達(dá)到完全抗氧化級別或抗氧化級別或次抗氧化級別。
本發(fā)明提出該稀土改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金的制備方法，具體包括以下幾個步驟：
第一步：制備液態(tài)金屬冷卻介質(zhì)；高純是指純度≥99.95％。
所述的液態(tài)金屬冷卻介質(zhì)為鎵銦合金或者金屬錫。所述鎵銦合金的制備：將原料高純鎵(Ga)和高純銦(In)，按重量百分比：鎵10～30wt％，其余為銦，進(jìn)行稱取，放入燒杯中加熱至80℃～200℃使其反應(yīng)呈液態(tài)后，倒入液態(tài)金屬冷卻罐中作為冷卻介質(zhì)，液態(tài)金屬冷卻罐周圍采用真空泵油加熱使冷卻罐溫度維持在15℃以上，使鎵銦合金保持液態(tài)；
所述金屬錫的制備：將原料高純錫加熱至熔點溫度(232℃)使其呈液態(tài)，然后倒入液態(tài)金屬冷卻罐中，液態(tài)金屬冷卻罐周圍采用真空泵油加熱使冷卻罐溫度為250～300℃，使金屬錫保持液態(tài)。所述的真空泵油優(yōu)選為VM100真空泵油。
第二步：制備母合金棒材。
(1)按重量分?jǐn)?shù)稱取高純Ni、高純Al、高純Mo、高純Re、高純Ta、高純Cr、高純C、高純Y，稱取NiCe(Ce含量為65wt％)或NiDy(Dy含量為40wt％)合金，將稱取后的原料用丙酮清洗及烘干后，將Ni、Mo、Re、Ta、Cr、C、Y，以及NiCe或NiDy合金，放入ZGJL-0.025型真空感應(yīng)爐中，Al在合金化期間加入。
(2)將真空感應(yīng)爐抽真空至1Pa以下，送電升溫至合金化熔煉溫度1460～1540℃，合金化熔煉10～30分鐘后，升溫至1510～1590℃后，保溫5～10分鐘，斷電降溫至1480～1540℃，加入高純Al，重新給電繼續(xù)進(jìn)行合金化熔煉5～10分鐘，帶電澆鑄制成母合金棒材。
(3)用線切割方法在母合金上切出直徑為10～15mm，長度小于等于200mm的圓柱試棒A，將該圓柱試棒A表面打磨拋光處理后清洗烘干，得到稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基合金試棒。
第三步：制備不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶。
在普通不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金原料(晶體取向優(yōu)選(100)，取向偏離度小于12°)上線切割出直徑為6～15mm，長度為30～60mm的圓柱試棒B，將該圓柱試棒B表面經(jīng)打磨拋光處理和腐蝕處理后，得到不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶，將該不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶用氧化鋁料漿封入陶瓷模殼中，保持不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶與陶瓷模殼同軸，并處于陶瓷模殼的中心位置，放入烘干箱內(nèi)，于130～150℃，保溫2～4小時；
所述的普通不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金的原料成分各自的重量百分比為(總數(shù)為100wt％)：7～8wt％的Al，8～9.5wt％的Mo，1.5～3wt％Re，3～5wt％的Ta，1.5～3wt％的Cr，其余為Ni。
第四步：定向單晶爐制備含稀土元素的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金。
將含稀土元素的Ni3Al基合金試棒垂直放入帶有不含稀土元素的Ni3Al基合金籽晶的陶瓷模殼中，兩者接觸，再將具有含稀土元素的Ni3Al基合金試棒和不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶的陶瓷模殼一起放入定向單晶爐中；將定向單晶爐的真空抽至5×10-3～7×10-3Pa，調(diào)節(jié)定向單晶爐內(nèi)溫度至1600℃～1660℃，保溫10～25分鐘，待稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒和不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶完全熔化，使陶瓷模殼、融化的稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒和不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶以2～10mm/min的拉晶速率向下移動進(jìn)入液態(tài)金屬冷卻罐中；根據(jù)稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒的長度(小于等于200mm)及拉晶速率計算拉晶時間(拉晶時間等于稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒的長度除以拉晶速率)，當(dāng)達(dá)到拉晶時間后，拉晶結(jié)束，隨爐冷卻至室溫后取出，得到稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金。
第五步：后期熱處理。
本發(fā)明的合金熱處理制度為：
(1)1305℃/2h+1310℃/2h+1315℃/2h+1320℃/2h+1325℃/4～6h+1330℃/4～6h,風(fēng)冷至室溫；
(2)1080～1100℃/1～4h,風(fēng)冷至室溫；
(3)870℃/16～32h,風(fēng)冷至室溫；
本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1.本發(fā)明提出的Ni3Al基單晶高溫合金的密度較低，為7.9～8.1g/cm3，可以滿足航空發(fā)動機(jī)的低密度要求。
2.本發(fā)明提出的稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金，通過添加一定量的稀土元素，大幅度提高了Ni3Al基單晶合金的抗氧化性能。
3.本發(fā)明提出的稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶合金在1100℃下抗氧化性能達(dá)到完全抗氧化級別或抗氧化級別或次抗氧化級別。
附圖說明
圖1：本發(fā)明提出的稀土改性單晶高溫合金的鑄態(tài)組織OM金相顯微鏡圖；
圖2：本發(fā)明提出的稀土改性單晶高溫合金鑄態(tài)組織圖的局部放大圖SEM；
圖3：本發(fā)明提出的稀土改性單晶高溫合金熱處理態(tài)的形貌圖；
圖4：本發(fā)明提出的稀土改性單晶高溫合金在1100℃的氧化動力學(xué)曲線。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明提出了一種可用于航空發(fā)動機(jī)渦輪動葉的稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金，該合金的成分按重量百分比為：7.0～8.0wt％的Al，8.0～9.5wt％的Mo，1.5～3wt％的Re，3～5wt％的Ta，1.5～3wt％的Cr，0.001～0.005wt％的C，0.01～0.05wt％的Y，0.01～0.1wt％的Dy，其余為Ni。或為7.0～8.0wt％的Al，8.0～9.5wt％的Mo，1.5～3wt％的Re，3～5wt％的Ta，1.5～3wt％的Cr，0.001～0.005wt％的C，0.01～0.05wt％的Y，0.01～0.1wt％的Ce，其余為Ni。
本發(fā)明提出該稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金通過以下的制備方法制備，該制備方法具體包括以下幾個步驟：
第一步：制備液態(tài)金屬冷卻介質(zhì)；高純：純度≥99.95％。
所述的液態(tài)金屬冷卻介質(zhì)為鎵銦合金或者金屬錫。所述鎵銦合金的制備：將原料高純鎵(Ga)和高純銦(In)，按重量百分比：鎵10～30wt％，其余為銦，進(jìn)行稱取，放入燒杯中加熱至80℃～200℃使其反應(yīng)呈液態(tài)后，倒入液態(tài)金屬冷卻罐中作為冷卻介質(zhì)，液態(tài)金屬冷卻罐周圍采用真空泵油加熱使冷卻罐溫度維持在15℃以上，使鎵銦合金保持液態(tài)；
所述金屬錫的制備：將原料高純錫加熱至熔點溫度(232℃)使其呈液態(tài)，然后倒入液態(tài)金屬冷卻罐中，液態(tài)金屬冷卻罐周圍采用真空泵油加熱使冷卻罐溫度為250～300℃，使金屬錫保持液態(tài)。所述的真空泵油優(yōu)選為VM100真空泵油。
第二步：制備母合金棒材；
(1)按重量分?jǐn)?shù)稱取高純Ni、高純Al、高純Mo、高純Re、高純Ta、高純Cr、高純C、高純Y，稱取NiCe(Ce含量為65wt％)或NiDy(Dy含量為40wt％)合金，將稱取后的原料用丙酮清洗及烘干后，將Ni、Mo、Re、Ta、Cr、C、Y，以及NiCe或NiDy合金，放入ZGJL-0.025型真空感應(yīng)爐中，Al在合金化期間加入。各組分稱取的重量分?jǐn)?shù)分別為：7.0～8.0wt％的Al，8.0～9.5wt％的Mo，1.5～3wt％的Re，3～5wt％的Ta，1.5～3wt％的Cr，0.001～0.005wt％的C，0.01～0.05wt％的Y以及0.01～0.1wt％的Dy或0.01～0.1wt％的Ce，其余為Ni。
(2)將真空感應(yīng)爐抽真空至1Pa以下，送電升溫至合金化熔煉溫度1460～1540℃，合金化熔煉10～30分鐘后，升溫至1510～1590℃后，保溫5～10分鐘，斷電降溫至1480～1540℃，加入高純Al，重新給電繼續(xù)進(jìn)行合金化熔煉5～10分鐘，帶電澆鑄制成母合金棒材。
(3)用線切割方法在母合金上切出直徑為10～15mm，長度小于等于200mm的圓柱試棒A，將該圓柱試棒A表面打磨拋光處理后清洗烘干，得到稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基合金試棒。
第三步：制備不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶。
在普通不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金原料(晶體取向優(yōu)選(100)，取向偏離度小于12°)上線切割出直徑為6～15mm，長度為30～60mm的圓柱試棒B，將該圓柱試棒B表面經(jīng)打磨拋光處理和腐蝕處理后，得到不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶，將該不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶用氧化鋁料漿封入陶瓷模殼中，保持不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶與陶瓷模殼同軸，并處于陶瓷模殼的中心位置，放入烘干箱內(nèi)，于130～150℃，保溫2～4小時。
所述的普通不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金的元素成分按照重量百分比(總量為100wt％)為：7～8wt％的Al，8～9.5wt％的Mo，1.5～3wt％Re，3～5wt％的Ta，1.5～3wt％的Cr，其余為Ni。
第四步：定向單晶爐制備含稀土元素的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金。
將含稀土元素的Ni3Al基合金試棒垂直放入帶有不含稀土元素的Ni3Al基合金籽晶的陶瓷模殼中，兩者接觸，再將具有含稀土元素的Ni3Al基合金試棒和不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶的陶瓷模殼一起放入定向單晶爐中；將定向單晶爐的真空抽至5×10-3～7×10-3Pa，調(diào)節(jié)定向單晶爐內(nèi)溫度至1600℃～1660℃，保溫10～25分鐘，待稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒和不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶完全熔化，使陶瓷模殼、融化的稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒和不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶以2～10mm/min的拉晶速率向下移動進(jìn)入液態(tài)金屬冷卻罐中；根據(jù)稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒的長度(小于等于200mm)及拉晶速率計算拉晶時間(拉晶時間等于稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒的長度除以拉晶速率)，當(dāng)達(dá)到拉晶時間后，拉晶結(jié)束，隨爐冷卻至室溫后取出，得到稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金。
第五步：后期熱處理。
本發(fā)明的合金熱處理制度為：
(1)1305℃/2h+1310℃/2h+1315℃/2h+1320℃/2h+1325℃/4～6h+1330℃/4～6h,風(fēng)冷至室溫。
(2)1080～1100℃/1～4h,風(fēng)冷至室溫。
(3)870℃/16～32h,風(fēng)冷至室溫。
實施例1：
本案例合金的成分為7.6wt％的Al，9.5wt％的Mo，1.5wt％的Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，0.005wt％的C，0.05wt％的Y，0.042wt％Dy，其余為Ni。該稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金鑄態(tài)組織包括γ′相、γ相和富Mo、Re的白色析出相三種相結(jié)構(gòu)，在光鏡和掃描電鏡下觀察鑄態(tài)組織形貌如圖1和圖2所示。
本發(fā)明提出該稀土改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金通過以下的制備方法制備，該制備方法具體包括以下幾個步驟：
第一步：制備液態(tài)金屬冷卻介質(zhì)；高純：純度≥99.95％。
所述的液態(tài)金屬冷卻介質(zhì)為鎵銦合金或者金屬錫。所述鎵銦合金的制備：將原料高純鎵(Ga)和高純銦(In)，按重量百分比：鎵10wt％，其余為銦，進(jìn)行稱取，放入燒杯中加熱至80℃使其反應(yīng)呈液態(tài)后，倒入液態(tài)金屬冷卻罐中作為冷卻介質(zhì)，液態(tài)金屬冷卻罐周圍采用真空泵油加熱使冷卻罐溫度維持在15℃以上，使鎵銦合金保持液態(tài)；
所述金屬錫的制備：將原料高純錫加熱至熔點溫度(232℃)使其呈液態(tài)，然后倒入液態(tài)金屬冷卻罐中，液態(tài)金屬冷卻罐周圍采用真空泵油加熱使冷卻罐溫度為250℃，使金屬錫保持液態(tài)。所述的真空泵油優(yōu)選為VM100真空泵油。
第二步：制備母合金棒材；
(1)按重量分?jǐn)?shù)稱取高純Ni、高純Al、高純Mo、高純Re、高純Ta、高純Cr、高純C、高純Y，稱取NiDy(Dy含量為40wt％)合金，將稱取后的原料用丙酮清洗及烘干后，將Ni、Mo、Re、Ta、Cr、C、Y，以及NiDy合金，放入ZGJL-0.025型真空感應(yīng)爐中，Al在合金化期間加入。稱取的各元素重量分?jǐn)?shù)分別為：7.6wt％的Al，9.5wt％的Mo，1.5wt％的Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，0.005wt％的C，0.05wt％的Y，0.042wt％Dy，其余為Ni。
(2)將真空感應(yīng)爐抽真空至1Pa以下，送電升溫至合金化熔煉溫度1500℃，合金化熔煉25分鐘后，升溫至1550℃后，保溫10分鐘，斷電降溫至1500℃，加入高純Al，重新給電繼續(xù)進(jìn)行合金化熔煉10分鐘，帶電澆鑄制成母合金棒材。
(3)用線切割方法在母合金上切出直徑為13.2mm，長度小于等于200mm的圓柱試棒A，將該圓柱試棒A表面打磨拋光處理后清洗烘干，得到稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基合金試棒。
第三步：制備不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶。
在普通不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金原料(晶體取向(100)，取向偏離度小于12°)上線切割出直徑為13.2mm，長度為30mm的圓柱試棒B，將該圓柱試棒B表面經(jīng)打磨拋光處理和腐蝕處理后，得到不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶，將該不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶用氧化鋁料漿封入陶瓷模殼中，保持不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶與陶瓷模殼同軸，并處于陶瓷模殼的中心位置，放入烘干箱內(nèi)，于130℃，保溫2小時。
所述的普通不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金的成分按照重量百分比(總量為100wt％)為：7.6wt％的Al，9.5wt％的Mo，1.5wt％Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，其余為Ni。
第四步：定向單晶爐制備含稀土元素的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金。
將含稀土元素的Ni3Al基合金試棒垂直放入帶有不含稀土元素的Ni3Al基合金籽晶的陶瓷模殼中，兩者接觸，再將具有含稀土元素的Ni3Al基合金試棒和不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶的陶瓷模殼一起放入定向單晶爐中；將定向單晶爐的真空抽至7×10-3Pa，調(diào)節(jié)定向單晶爐內(nèi)溫度至1660℃，保溫25分鐘，待稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒和不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶完全熔化，使陶瓷模殼、融化的稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒和不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶以6mm/min的拉晶速率向下移動進(jìn)入液態(tài)金屬冷卻罐中；根據(jù)稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒的長度(小于等于200mm)及拉晶速率計算拉晶時間(拉晶時間等于稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒的長度除以拉晶速率)，當(dāng)達(dá)到拉晶時間后，拉晶結(jié)束，隨爐冷卻至室溫后取出，得到稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶合金。
第五步：后期熱處理。
本發(fā)明的合金熱處理制度為：
(1)1305℃/2h+1310℃/2h+1315℃/2h+1320℃/2h+1325℃/6h+1330℃/6h,風(fēng)冷至室溫。
(2)1080～1100℃/2h,風(fēng)冷至室溫。
(3)870℃/32h,風(fēng)冷至室溫。
熱處理后合金的組織形貌如圖3所示，組織為均勻分布的γ/γ′相。
對上述方法制備的稀土元素改性的合金的抗氧化性能進(jìn)行測試，采用線切割的方法從熱處理后的樣品上切取Φ8×3mm3的圓柱進(jìn)行氧化性能測試，先測樣品尺寸，計算表面積，酒精超聲清洗干凈，干燥后置于焙燒過的坩堝。試樣采用重量增加法，循環(huán)氧化，連續(xù)稱重。待爐溫上升到試驗溫度時，將試樣連坩堝置于爐內(nèi)均溫區(qū)。按規(guī)定的時間保溫，出爐后在空氣中冷卻，稱量試樣，然后再將試樣返回爐中繼續(xù)循環(huán)氧化。實驗溫度為1100℃，按照試驗100h的抗氧化評級，根據(jù)氧化航標(biāo)HB5258-2000標(biāo)準(zhǔn)，采用50～100h時間間隔試樣的重量增加值法(即100h比50h的增重值)計算50～100h的平均氧化速度K，得到1100℃下的平均氧化速度。
根據(jù)圖4～2#得到合金在1100℃氧化100h后平均氧化速率為0.0099g/(m2*h),達(dá)到完全抗氧化級別。
實施例2：
本案例合金的成分為7wt％的Al，8wt％的Mo，1.5wt％的Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，0.001wt％的C，0.01wt％的Y，0.01wt％Dy，其余為Ni。
本發(fā)明提出該稀土改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金通過以下的制備方法制備，該制備方法具體包括以下幾個步驟：
第一步：制備液態(tài)金屬冷卻介質(zhì)；高純：純度≥99.95％。
所述的液態(tài)金屬冷卻介質(zhì)為鎵銦合金或者金屬錫。所述鎵銦合金的制備：將原料高純鎵(Ga)和高純銦(In)，按重量百分比：鎵10wt％，其余為銦，進(jìn)行稱取，放入燒杯中加熱至80℃使其反應(yīng)呈液態(tài)后，倒入液態(tài)金屬冷卻罐中作為冷卻介質(zhì)，液態(tài)金屬冷卻罐周圍采用真空泵油加熱使冷卻罐溫度維持在15℃以上，使鎵銦合金保持液態(tài)；
所述金屬錫的制備：將原料高純錫加熱至熔點溫度(232℃)使其呈液態(tài)，然后倒入液態(tài)金屬冷卻罐中，液態(tài)金屬冷卻罐周圍采用真空泵油加熱使冷卻罐溫度為250℃，使金屬錫保持液態(tài)。所述的真空泵油優(yōu)選為VM100真空泵油。
第二步：制備母合金棒材；
(1)按重量分?jǐn)?shù)稱取高純Ni、高純Al、高純Mo、高純Re、高純Ta、高純Cr、高純C、高純Y，稱取NiDy(Dy含量為40wt％)合金，將稱取后的原料用丙酮清洗及烘干后，將Ni、Mo、Re、Ta、Cr、C、Y，以及NiDy合金，放入ZGJL-0.025型真空感應(yīng)爐中，Al在合金化期間加入。各組分稱取的重量分?jǐn)?shù)分別為：7wt％的Al，8wt％的Mo，1.5wt％的Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，0.001wt％的C，0.01wt％的Y，0.01wt％Dy，其余為Ni。
(2)將真空感應(yīng)爐抽真空至1Pa以下，送電升溫至合金化熔煉溫度1460℃，合金化熔煉10分鐘后，升溫至1510℃后，保溫5分鐘，斷電降溫至1480℃，加入高純Al，重新給電繼續(xù)進(jìn)行合金化熔煉5分鐘，帶電澆鑄制成母合金棒材。
(3)用線切割方法在母合金上切出直徑為10mm，長度小于等于200mm的圓柱試棒A，將該圓柱試棒A表面打磨拋光處理后清洗烘干，得到稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基合金試棒。
第三步：制備不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶。
在普通不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金原料(晶體取向優(yōu)選(100)，取向偏離度小于12°)上線切割出直徑為6mm，長度為30mm的圓柱試棒B，將該圓柱試棒B表面經(jīng)打磨拋光處理和腐蝕處理后，得到不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶，將該不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶用氧化鋁料漿封入陶瓷模殼中，保持不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶與陶瓷模殼同軸，并處于陶瓷模殼的中心位置，放入烘干箱內(nèi)，于130℃，保溫2小時。
所述的普通不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金的成分按照重量百分比(總量為100wt％)為：7wt％的Al，8wt％的Mo，1.5wt％Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，其余為Ni。
第四步：定向單晶爐制備含稀土元素的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金。
將含稀土元素的Ni3Al基合金試棒垂直放入帶有不含稀土元素的Ni3Al基合金籽晶的陶瓷模殼中，兩者接觸，再將具有含稀土元素的Ni3Al基合金試棒和不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶的陶瓷模殼一起放入定向單晶爐中；將定向單晶爐的真空抽至5×10-3Pa，調(diào)節(jié)定向單晶爐內(nèi)溫度至1600℃，保溫15分鐘，待稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒和不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶完全熔化，使陶瓷模殼、融化的稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒和不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶以2mm/min的拉晶速率向下移動進(jìn)入液態(tài)金屬冷卻罐中；根據(jù)稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒的長度(小于等于200mm)及拉晶速率計算拉晶時間(拉晶時間等于稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒的長度除以拉晶速率)，當(dāng)達(dá)到拉晶時間后，拉晶結(jié)束，隨爐冷卻至室溫后取出，得到稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶合金。
第五步：后期熱處理。
本發(fā)明的合金熱處理制度為：
(1)1305℃/2h+1310℃/2h+1315℃/2h+1320℃/2h+1325℃/4h+1330℃/4h,風(fēng)冷至室溫。
(2)1080～1100℃/1h,風(fēng)冷至室溫。
(3)870℃/16h,風(fēng)冷至室溫。
對合金在1100℃下的抗氧化性能進(jìn)行測試，合金氧化100h后達(dá)到抗氧化級別。
實施例3：
本案例合金的成分為8wt％的Al，9.5wt％的Mo，3wt％的Re，5wt％的Ta，3wt％的Cr，0.005wt％的C，0.05wt％的Y，0.1wt％Dy，其余為Ni。
本發(fā)明提出該稀土改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金通過以下的制備方法制備，該制備方法具體包括以下幾個步驟：
第一步：制備液態(tài)金屬冷卻介質(zhì)；高純：純度≥99.95％。
所述的液態(tài)金屬冷卻介質(zhì)為鎵銦合金或者金屬錫。所述鎵銦合金的制備：將原料高純鎵(Ga)和高純銦(In)，按重量百分比：鎵30wt％，其余為銦，進(jìn)行稱取，放入燒杯中加熱至80℃使其反應(yīng)呈液態(tài)后，倒入液態(tài)金屬冷卻罐中作為冷卻介質(zhì)，液態(tài)金屬冷卻罐周圍采用真空泵油加熱使冷卻罐溫度維持在15℃以上，使鎵銦合金保持液態(tài)；
所述金屬錫的制備：將原料高純錫加熱至熔點溫度(232℃)使其呈液態(tài)，然后倒入液態(tài)金屬冷卻罐中，液態(tài)金屬冷卻罐周圍采用真空泵油加熱使冷卻罐溫度為300℃，使金屬錫保持液態(tài)。所述的真空泵油優(yōu)選為VM100真空泵油。
第二步：制備母合金棒材；
(1)按重量分?jǐn)?shù)稱取高純Ni、高純Al、高純Mo、高純Re、高純Ta、高純Cr、高純C、高純Y，稱取NiDy(Dy含量為40wt％)合金，將稱取后的原料用丙酮清洗及烘干后，將Ni、Mo、Re、Ta、Cr、C、Y，以及NiDy合金，放入ZGJL-0.025型真空感應(yīng)爐中，Al在合金化期間加入。各組分稱取的重量分?jǐn)?shù)分別為：8wt％的Al，9.5wt％的Mo，3wt％的Re，5wt％的Ta，3wt％的Cr，0.005wt％的C，0.05wt％的Y，0.1wt％Dy，其余為Ni。
(2)將真空感應(yīng)爐抽真空至1Pa以下，送電升溫至合金化熔煉溫度1540℃，合金化熔煉30分鐘后，升溫至1590℃后，保溫10分鐘，斷電降溫至1540℃，加入高純Al，重新給電繼續(xù)進(jìn)行合金化熔煉10分鐘，帶電澆鑄制成母合金棒材。
(3)用線切割方法在母合金上切出直徑為15mm，長度小于等于200mm的圓柱試棒A，將該圓柱試棒A表面打磨拋光處理后清洗烘干，得到稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基合金試棒。
第三步：制備不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶。
在普通不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金原料(晶體取向優(yōu)選(100)，取向偏離度小于12°)上線切割出直徑為15mm，長度為60mm的圓柱試棒B，將該圓柱試棒B表面經(jīng)打磨拋光處理和腐蝕處理后，得到不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶，將該不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶用氧化鋁料漿封入陶瓷模殼中，保持不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶與陶瓷模殼同軸，并處于陶瓷模殼的中心位置，放入烘干箱內(nèi)，于150℃，保溫4小時。
所述的普通不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金的成分按照重量百分比(總量為100wt％)為：8wt％的Al，9.5wt％的Mo，3wt％Re，5wt％的Ta，3wt％的Cr，其余為Ni。
第四步：定向單晶爐制備含稀土元素的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金。
將含稀土元素的Ni3Al基合金試棒垂直放入帶有不含稀土元素的Ni3Al基合金籽晶的陶瓷模殼中，兩者接觸，再將具有含稀土元素的Ni3Al基合金試棒和不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶的陶瓷模殼一起放入定向單晶爐中；將定向單晶爐的真空抽至7×10-3Pa，調(diào)節(jié)定向單晶爐內(nèi)溫度至1660℃，保溫25分鐘，待稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒和不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶完全熔化，使陶瓷模殼、融化的稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒和不含稀土元素的Ni3Al基單晶合金籽晶以10mm/min的拉晶速率向下移動進(jìn)入液態(tài)金屬冷卻罐中；根據(jù)稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒的長度(小于等于200mm)及拉晶速率計算拉晶時間(拉晶時間等于稀土元素改性的Ni3Al基合金試棒的長度除以拉晶速率)，當(dāng)達(dá)到拉晶時間后，拉晶結(jié)束，隨爐冷卻至室溫后取出，得到稀土元素改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶合金。
第五步：后期熱處理。
本發(fā)明的合金熱處理制度為：
(1)1305℃/2h+1310℃/2h+1315℃/2h+1320℃/2h+1325℃/6h+1330℃/6h,風(fēng)冷至室溫。
(2)1080～1100℃/4h,風(fēng)冷至室溫。
(3)870℃/32h,風(fēng)冷至室溫。
對合金在1100℃下的抗氧化性能進(jìn)行測試，得到合金在100h平均氧化速率為2.1840g/(m2·h)，達(dá)到次抗氧化級別。
實施例4：
本實施例與實施例1的區(qū)別僅在：本實施例中稀土改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金中不含Dy，含Ce含量為0.022wt％，即其成分按照7.6wt％的Al，9.5wt％的Mo，1.5wt％的Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，0.005wt％的C，0.05wt％的Y，0.022wt％Ce，其余為Ni。
本實施例中稀土改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金的制備過程中，原料選取NiCe(Ce含量為65wt％)，其余與實施例1相同。
對合金在1100℃下的抗氧化性能進(jìn)行測試結(jié)果如圖4～1#所示，得到合金在100h平均氧化速率為0.1098g/(m2*h)，合金氧化100h后達(dá)到抗氧化級別。
實施例5：
本實施例與實施例1的區(qū)別僅在：本實施例中稀土改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金中不含Dy，含Ce含量為0.1wt％，即其成分按照7.6wt％的Al，9.5wt％的Mo，1.5wt％的Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，0.005wt％的C，0.05wt％的Y，0.1wt％Ce，其余為Ni。
本實施例中稀土改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金的制備過程中，Ce的原料選取NiCe(Ce含量為65wt％)，其余與實施例1相同。
對合金在1100℃下的抗氧化性能進(jìn)行測試，得到合金在100h平均氧化速率為2.3399g/(m2*h)，達(dá)到次抗氧化級別。
實施例6：
本實施例與實施例1的區(qū)別僅在：本實施例中稀土改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金中不含Dy，含Ce含量為0.01wt％，即其成分按照7.6wt％的Al，9.5wt％的Mo，1.5wt％的Re，3wt％的Ta，1.5wt％的Cr，0.005wt％的C，0.05wt％的Y，0.01wt％Ce，其余為Ni。
本實施例中稀土改性的高M(jìn)o的Ni3Al基單晶高溫合金的制備過程中，Ce的原料選取NiCe(Ce含量為65wt％)，其余與實施例1中完全相同。
對合金在1100℃下的抗氧化性能進(jìn)行測試，合金氧化100h后達(dá)到抗氧化級別。
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