本發(fā)明涉及合金材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超耐熱高強(qiáng)度航空用納米合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

在航空制造發(fā)展的過程中，材料的更新?lián)Q代呈現(xiàn)出高速的更迭變換，材料和飛機(jī)一直在相互推動(dòng)下不斷發(fā)展。“一代材料，一代飛機(jī)”正是世界航空發(fā)展史的一個(gè)真實(shí)寫照。

預(yù)計(jì)全球客機(jī)數(shù)量年均增長率為3.6%，到2029年，全球客機(jī)數(shù)量將近35000架。未來幾年中國飛機(jī)制造行業(yè)對(duì)航空材料的需求將迅速增長。根據(jù)中國航空工業(yè)第一集團(tuán)公司預(yù)測(cè)，到2025年，國內(nèi)航空運(yùn)輸飛機(jī)擁有量將達(dá)到3900架，其中大型客機(jī)將達(dá)2000架。這將使中國成為僅次于美國的全球第二大航空市場(chǎng)。

耐熱合金合金又稱高溫合金，它對(duì)于在高溫條件下的工業(yè)部門和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域有著重大的意義。

未來20年，亞太地區(qū)將繼續(xù)在全球空運(yùn)市場(chǎng)中占主導(dǎo)地位，亞太地區(qū)航空公司運(yùn)營的專用貨機(jī)機(jī)隊(duì)將增長4倍，達(dá)到1056架的規(guī)模。另外在發(fā)展太空探索科技領(lǐng)域，對(duì)航空材料的需求也在增加。

合金，是由兩種或兩種以上的金屬與金屬或非金屬經(jīng)一定方法所合成的具有金屬特性的物質(zhì)。一般通過熔合成均勻液體和凝固而得。根據(jù)組成元素的數(shù)目，可分為二元合金、三元合金和多元合金。

合金的生成常會(huì)改善元素單質(zhì)的性質(zhì)，例如，鋼的強(qiáng)度大于其主要組成元素氧化鈷。合金的物理性質(zhì)，例如密度、反應(yīng)性、楊氏模量、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性可能與合金的組成元素尚有類似之處，但是合金的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度卻通常與組成元素的性質(zhì)有很大不同。這是由于合金與單質(zhì)中的原子排列有很大差異。

少量的某種元素可能會(huì)對(duì)合金的性質(zhì)造成很大的影響。不同于純凈金屬的是，多數(shù)合金沒有固定的熔點(diǎn)，溫度處在熔化溫度范圍間時(shí)，混合物為固液并存狀態(tài)。因此可以說，合金的熔點(diǎn)比組分金屬低。

金屬材料的熔點(diǎn)越高，其可使用的溫度限度越高。如用熱力學(xué)溫度表示熔點(diǎn)，則金屬熔點(diǎn)Tm的60%，被定義為理論上可使用溫度上限Tc，即Tc=0.6Tm。這是因?yàn)殡S著溫度的升高，金屬材料的機(jī)械性能顯著下降，氧化腐蝕的趨勢(shì)相應(yīng)增大，因此，一般的金屬材料都只能500~600℃下長期工作,能在>700℃高溫下工作的金屬通稱耐熱合金，“耐熱”是指其在高溫下能保持足夠和強(qiáng)度和良好的抗氧化性。

提高鋼鐵抗氧化性的途徑有二：一是在鋼中加入Cr、Si、Al等合金元素，或者在鋼的表面進(jìn)行Cr、Si、Al合金化處理。它們?cè)谘趸詺夥罩锌珊芸焐梢粚又旅艿难趸ぃ⒗喂痰馗降劁摰谋砻妫瑥亩行У刈柚寡趸睦^續(xù)進(jìn)行；二是在鋼鐵表面，用各種方法形成高熔點(diǎn)的氧化物、碳化物、氮化物等耐高溫涂層。

隨著社會(huì)的發(fā)展，航空材料應(yīng)用的越來越廣泛，隨之帶來的是航空合金材料的短缺，和合金材料強(qiáng)度低、抗拉強(qiáng)度低和延伸率低等問題的彰顯，設(shè)計(jì)一種高強(qiáng)度的航空合金材料是非常必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種超耐熱高強(qiáng)度航空用納米合金及其制備方法，解決現(xiàn)有合金材料強(qiáng)度低、耐熱溫度低、延伸率低和硬度低等技術(shù)問題。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種超耐熱高強(qiáng)度航空用納米合金，其原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：氧化鈷100份，五氧化二鈮15-35份，氧化亞鎳1-5份，鋁粉5-25份，鎂0.2-0.6份，海綿鈦1.5-5.5份，錫為0.001-0.005份，鐵0.01-0.05份，鎢76-80份，納米二氧化硅0.01-0.2份，螢石26-30份，硫0.01-0.05份，磷0.001-0.005份，鈀16-20份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述超耐熱高強(qiáng)度航空用納米合金的原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：氧化鈷100份，五氧化二鈮15份，氧化亞鎳1份，鋁粉5份，鎂0.2份，海綿鈦1.5份，錫為0.001份，鐵0.01份，鎢76份，納米二氧化硅0.01份，螢石26份，硫0.01份，磷0.001份，鈀16份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述超耐熱高強(qiáng)度航空用納米合金的原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：氧化鈷100份，五氧化二鈮35份，氧化亞鎳5份，鋁粉25份，鎂0.6份，海綿鈦5.5份，錫為0.005份，鐵0.05份，鎢80份，納米二氧化硅0.2份，螢石30份，硫0.05份，磷0.005份，鈀20份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述超耐熱高強(qiáng)度航空用納米合金的原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：氧化鈷100份，五氧化二鈮20份，氧化亞鎳65份，鋁粉10份，鎂0.3份，海綿鈦2.5份，錫為0.002份，鐵0.02份，鎢2份，納米二氧化硅0.05份，螢石27份，硫0.02份，磷0.002份，鈀17份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述超耐熱高強(qiáng)度航空用納米合金的原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：氧化鈷100份，五氧化二鈮30份，氧化亞鎳75份，鋁粉20份，鎂0.5份，海綿鈦4.5份，錫為0.004份，鐵0.04份，鎢4份，納米二氧化硅0.15份，螢石29份，硫0.04份，磷0.004份，鈀19份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述超耐熱高強(qiáng)度航空用納米合金的原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：氧化鈷100份，五氧化二鈮25份，氧化亞鎳70份，鋁粉15份，鎂0.4份，海綿鈦3.5份，錫為0.003份，鐵0.03份，鎢3份，納米二氧化硅0.1份，螢石28份，硫0.03份，磷0.003份，鈀18份。

一種制備所述的超耐熱高強(qiáng)度航空用納米合金的方法，步驟為：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取氧化鈷、五氧化二鈮、氧化亞鎳、鋁粉、鎂、海綿鈦、錫、鐵、鎢、納米二氧化硅、螢石、硫、磷和鈀；

第二步：將氧化鈷、五氧化二鈮、氧化亞鎳、鋁粉、鎂、海綿鈦和鈀投入熔煉爐中，升溫至1350-1550℃，熔煉后保溫1-3h；

第三步：加入剩余原料，升溫至1450-1650℃，熔煉后保溫2-4h，冷卻至1050-1150℃，冷卻10-20h；

第四步：將合金液體澆注至模具當(dāng)中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進(jìn)行回火，然后加工成產(chǎn)品。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第二步的熔煉壓力為0.5-20Pa，熔煉時(shí)間15-35min。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第三步的熔煉壓力為2-18Pa，熔煉25-45min。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第四步回火溫度為900-1000℃，時(shí)間為1-3h。

有益效果

本發(fā)明所述一種超耐熱高強(qiáng)度航空用納米合金及其制備方法采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：1、產(chǎn)品強(qiáng)韌，疲勞壽命高，耐腐蝕，彈性模量200-240GPa；2、耐磨性和彈性優(yōu)良，耐高溫，抗拉強(qiáng)度1600-2000MPa，斷面收縮率24-28%；3、內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，耐磨性好，硬度450-490HB，屈服強(qiáng)度900-1100MPa；4、延伸率23-27%，可以在各種極端環(huán)境下廣泛使用，在高溫環(huán)境下長期工作不易疲勞，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，實(shí)施例僅用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，并不構(gòu)成對(duì)權(quán)利要求范圍的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的其他替代手段，均在本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)。

實(shí)施例1：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取氧化鈷100份，五氧化二鈮15份，氧化亞鎳1份，鋁粉5份，鎂0.2份，海綿鈦1.5份，錫為0.001份，鐵0.01份，鎢76份，納米二氧化硅0.01份，螢石26份，硫0.01份，磷0.001份，鈀16份。

第二步：將氧化鈷、五氧化二鈮、氧化亞鎳、鋁粉、鎂、海綿鈦和鈀投入熔煉爐中，升溫至1350℃，熔煉壓力為0.5Pa，熔煉時(shí)間15min，熔煉后保溫1h。

第三步：加入剩余原料，升溫至1450℃，熔煉壓力為2Pa，熔煉25min，熔煉后保溫2h，冷卻至1050℃，冷卻10h，將合金液體澆注至模具當(dāng)中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進(jìn)行回火，回火溫度為900℃，時(shí)間為1h，然后加工成產(chǎn)品。

產(chǎn)品強(qiáng)韌，疲勞壽命高，耐腐蝕，彈性模量200GPa；耐磨性和彈性優(yōu)良，耐高溫，抗拉強(qiáng)度1600MPa，斷面收縮率24%；內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，耐磨性好，硬度450HB，屈服強(qiáng)度900MPa；延伸率23%，可以在各種極端環(huán)境下廣泛使用，在高溫環(huán)境下長期工作不易疲勞，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。

實(shí)施例2：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取氧化鈷100份，五氧化二鈮35份，氧化亞鎳5份，鋁粉25份，鎂0.6份，海綿鈦5.5份，錫為0.005份，鐵0.05份，鎢80份，納米二氧化硅0.2份，螢石30份，硫0.05份，磷0.005份，鈀20份。

第二步：將氧化鈷、五氧化二鈮、氧化亞鎳、鋁粉、鎂、海綿鈦和鈀投入熔煉爐中，升溫至1550℃，熔煉壓力為20Pa，熔煉時(shí)間35min，熔煉后保溫3h。

第三步：加入剩余原料，升溫至1650℃，熔煉壓力為18Pa，熔煉45min，熔煉后保溫4h，冷卻至1150℃，冷卻20h，將合金液體澆注至模具當(dāng)中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進(jìn)行回火，回火溫度為1000℃，時(shí)間為3h，然后加工成產(chǎn)品。

產(chǎn)品強(qiáng)韌，疲勞壽命高，耐腐蝕，彈性模量210GPa；耐磨性和彈性優(yōu)良，耐高溫，抗拉強(qiáng)度1700MPa，斷面收縮率22%；內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，耐磨性好，硬度460HB，屈服強(qiáng)度950MPa；延伸率24%，可以在各種極端環(huán)境下廣泛使用，在高溫環(huán)境下長期工作不易疲勞，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。

實(shí)施例3：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取氧化鈷100份，五氧化二鈮20份，氧化亞鎳65份，鋁粉10份，鎂0.3份，海綿鈦2.5份，錫為0.002份，鐵0.02份，鎢2份，納米二氧化硅0.05份，螢石27份，硫0.02份，磷0.002份，鈀17份。

第二步：將氧化鈷、五氧化二鈮、氧化亞鎳、鋁粉、鎂、海綿鈦和鈀投入熔煉爐中，升溫至1350℃，熔煉壓力為0.5Pa，熔煉時(shí)間15min，熔煉后保溫1h。

第三步：加入剩余原料，升溫至1450℃，熔煉壓力為2Pa，熔煉25min，熔煉后保溫2h，冷卻至1050℃，冷卻10h，將合金液體澆注至模具當(dāng)中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進(jìn)行回火，回火溫度為900℃，時(shí)間為1h，然后加工成產(chǎn)品。

產(chǎn)品強(qiáng)韌，疲勞壽命高，耐腐蝕，彈性模量220GPa；耐磨性和彈性優(yōu)良，耐高溫，抗拉強(qiáng)度1800MPa，斷面收縮率26%；內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，耐磨性好，硬度470HB，屈服強(qiáng)度1000MPa；延伸率25%，可以在各種極端環(huán)境下廣泛使用，在高溫環(huán)境下長期工作不易疲勞，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。

實(shí)施例4：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取氧化鈷100份，五氧化二鈮30份，氧化亞鎳75份，鋁粉20份，鎂0.5份，海綿鈦4.5份，錫為0.004份，鐵0.04份，鎢4份，納米二氧化硅0.15份，螢石29份，硫0.04份，磷0.004份，鈀19份。

第二步：將氧化鈷、五氧化二鈮、氧化亞鎳、鋁粉、鎂、海綿鈦和鈀投入熔煉爐中，升溫至1550℃，熔煉壓力為20Pa，熔煉時(shí)間35min，熔煉后保溫3h。

第三步：加入剩余原料，升溫至1650℃，熔煉壓力為18Pa，熔煉45min，熔煉后保溫4h，冷卻至1150℃，冷卻20h，將合金液體澆注至模具當(dāng)中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進(jìn)行回火，回火溫度為1000℃，時(shí)間為3h，然后加工成產(chǎn)品。

產(chǎn)品強(qiáng)韌，疲勞壽命高，耐腐蝕，彈性模量230GPa；耐磨性和彈性優(yōu)良，耐高溫，抗拉強(qiáng)度1900MPa，斷面收縮率27%；內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，耐磨性好，硬度480HB，屈服強(qiáng)度1050MPa；延伸率26%，可以在各種極端環(huán)境下廣泛使用，在高溫環(huán)境下長期工作不易疲勞，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。

實(shí)施例5：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取氧化鈷100份，五氧化二鈮25份，氧化亞鎳70份，鋁粉15份，鎂0.4份，海綿鈦3.5份，錫為0.003份，鐵0.03份，鎢3份，納米二氧化硅0.1份，螢石28份，硫0.03份，磷0.003份，鈀18份。

第二步：將氧化鈷、五氧化二鈮、氧化亞鎳、鋁粉、鎂、海綿鈦和鈀投入熔煉爐中，升溫至1450℃，熔煉壓力為10Pa，熔煉時(shí)間25min，熔煉后保溫2h。

第三步：加入剩余原料，升溫至1550℃，熔煉壓力為10Pa，熔煉35min，熔煉后保溫3h，冷卻至1100℃，冷卻15h，將合金液體澆注至模具當(dāng)中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進(jìn)行回火，回火溫度為950℃，時(shí)間為2h，然后加工成產(chǎn)品。

產(chǎn)品強(qiáng)韌，疲勞壽命高，耐腐蝕，彈性模量240GPa；耐磨性和彈性優(yōu)良，耐高溫，抗拉強(qiáng)度2000MPa，斷面收縮率28%；內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，耐磨性好，硬度490HB，屈服強(qiáng)度1100MPa；延伸率27%，可以在各種極端環(huán)境下廣泛使用，在高溫環(huán)境下長期工作不易疲勞，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。