一种稀土氧化物/镍基高温合金及其制备方法和应用

本发明涉及增材制造，尤其是涉及一种稀土氧化物/镍基高温合金及其制备方法和应用。

背景技术：

1、镍基高温合金具有良好的抗蠕变与抗疲劳性能和高温机械稳定性，被广泛应用于先进航空发动机及地面燃机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘和燃烧室中不可替代的关键高温结构材料，但目前关于增材制造高温合金在高温下的性能仍未得到广泛研究。激光粉末床融化成形(l-pbf)技术相较于传统加工方式，具有成型精度高、适用范围广、可以实现复杂结构零件的快速制造等优势，在直接从复合粉末制备纳米复合镍基高温合金材料方面表现出很高的可行性。

2、然而，由于第二相颗粒与基体之间的物理和化学性质存在显著差异，导致第二相颗粒倾向于在金属基体中团聚，并与基体形成半相干或非相干界面并导致应力集中，最终发展成为裂纹源，伴随着延展性的明显下降。因此，对于l-pbf制造颗粒增强镍基高温合金来说，同时提高强度和延展性仍然是一个无法解决的难题。因此，如何获得精细分散的第二相离子和相干的第二相离子与基体界面结构将是解决上述问题的关键。

3、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种稀土氧化物/镍基高温合金及其制备方法和应用，该制备方法能够使稀土氧化物颗粒均匀分布于镍基高温合金中，有效实现了镍基高温合金的强韧化。

2、本发明提供一种稀土氧化物/镍基高温合金的制备方法，包括如下步骤：

3、s1：将稀土可溶性盐和有机分散剂溶解于水中，得到稀土溶液；

4、s2：向稀土溶液中加入镍基高温合金原粉，搅拌混合，得到混合溶液；

5、s3：将混合溶液干燥后进行高温分解，得到稀土氧化物/镍基高温合金。

6、步骤s1中，稀土可溶性盐可以采用稀土硝酸盐，稀土可溶性盐选自硝酸钇、硝酸镧和硝酸铈中的至少一种；有机分散剂包括十二烷基硫酸钠(sds)和聚乙烯吡咯烷酮(pvp)，有机分散剂中十二烷基硫酸钠与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为(2-4)：1，优选为3：1；稀土可溶性盐与有机分散剂的质量比为1：(0.1-1)。

7、步骤s3中，干燥温度为80-120℃，干燥时间为1-3h；高温分解温度为370-900℃，高温分解时间为4-8h。

8、本发明的制备方法可以通过超声处理将稀土硝酸水合物溶解在去离子水中，然后将聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠加入到稀土硝酸水合物溶液中，剧烈搅拌至溶液呈透明状态时加入镍基高温合金原粉，继续剧烈搅拌得到混合溶液；将混合溶液烘干水分后得到稀土硝酸盐包覆或半包覆镍基高温合金混合粉末，将混合粉末放入马弗炉中进行高温分解，混和粉末中的稀土硝酸盐在此过程从在高温合金原粉上原位热分解，最终得到稀土氧化物颗粒均匀掺杂的镍基高温合金粉末。

9、本发明制备的稀土氧化物/镍基高温合金中稀土氧化物的质量含量为0.5-1.2％，例如1.0-1.2％；稀土氧化物/镍基高温合金中稀土氧化物的粒径为10-65nm；稀土氧化物/镍基高温合金的粒径为15-60μm，此外p、s、o、n等杂质的含量均小于0.005％。

10、本发明还提供一种稀土氧化物/镍基高温合金，按照上述制备方法制得。

11、本发明还提供稀土氧化物/镍基高温合金在l-pbf增材制造中的应用。

12、具体地，在采用稀土氧化物/镍基高温合金进行l-pbf增材制造时，激光功率为250-350w，激光扫描速度为1500-2500mm/s，激光的光斑直径为80-120μm，铺粉层厚度为30-50μm，成形层之间的激光扫描方向旋转60°。

13、本发明针对目前l-pbf制备镍基高温纳米复合材料的微观组织中的纳米增强颗粒容易团聚造成应力集中进而导致合金的延伸率普遍较差的问题，借助特定的有机分散剂使稀土硝酸盐的水合物均匀且充分附着于镍基高温合金原粉上，通过高温热分解实现在镍基高温合金原粉上均匀掺杂稀土金属氧化物颗粒的目的；采用得到的稀土氧化物/镍基高温合金粉末进行激光粉末床融化增材制造，获得了均匀分布于晶内的稀土氧化物颗粒，进而得到强度和延展性大幅提高的镍基高温合金。本发明提供的制备方法操作简单，成本低廉，在得到的高温合金粉末中，稀土氧化物颗粒在高温合金原粉内分布均匀；相较于传统机械混粉方式，本发明稀土氧化物颗粒的尺寸更低，无团聚现象，微观组织中高密度的纳米级稀土氧化物颗粒均匀分布于合金晶粒之中，有效实现了镍基高温合金的强韧化。

技术特征：

1.一种稀土氧化物/镍基高温合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，稀土可溶性盐选自硝酸钇、硝酸镧和硝酸铈中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，有机分散剂包括十二烷基硫酸钠和聚乙烯吡咯烷酮，有机分散剂中十二烷基硫酸钠与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为(2-4)：1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，稀土可溶性盐与有机分散剂的质量比为1：(0.1-1)。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，干燥温度为80-120℃，干燥时间为1-3h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，高温分解温度为370-900℃，高温分解时间为4-8h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，稀土氧化物/镍基高温合金中稀土氧化物的质量含量为0.5-1.2％。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，稀土氧化物/镍基高温合金中稀土氧化物的粒径为10-65nm。

9.一种稀土氧化物/镍基高温合金，其特征在于，按照权利要求1-8任一所述的制备方法制得。

10.权利要求9所述的稀土氧化物/镍基高温合金在l-pbf增材制造中的应用。

技术总结本发明提供了一种稀土氧化物/镍基高温合金及其制备方法和应用。本发明的稀土氧化物/镍基高温合金的制备方法，包括如下步骤：S1：将稀土可溶性盐和有机分散剂溶解于水中，得到稀土溶液；S2：向稀土溶液中加入镍基高温合金原粉，搅拌混合，得到混合溶液；S3：将混合溶液干燥后进行高温分解，得到稀土氧化物/镍基高温合金。本发明的制备方法能够使稀土氧化物颗粒均匀分布于镍基高温合金中，避免了稀土氧化物颗粒团聚现象的产生，有效实现了镍基高温合金的强韧化。技术研发人员：郭福,全泽鑫,贾强,王乙舒,马立民受保护的技术使用者：北京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20