本發明屬于合金技術領域，具體涉及一種mcraly合金及其制備方法。

背景技術：

隨著科學技術的發展，對渦輪發動機的綜合性能提出了更高的要求，為改善發動機熱力循環性能，提高推重比，要求高的渦輪進口溫度。當發動機的推重比達到20時，燃氣進口溫度將達到2000℃，這個溫度已經超出制造渦輪葉片和導向葉片的鎳基高溫合金所能承受的溫度。即使采用金屬間化合物材料及利用定向凝固技術也難以承受。而如果渦輪葉片溫度每降低15℃，其持久時間延長1倍。在這種情況下，抗擊發動機葉片高溫的熱障涂層就應運而生，成為近年來國際高溫涂層領域最活躍的研究課題之一。

典型的熱障涂層為涂覆于基底上以mcraly(m＝ni，co或二者兼有)為主的抗氧化粘結層，和抗導熱陶瓷頂層組成。高溫氧化過程中，在粘結層和抗導熱陶瓷層之間會形成一層熱生長氧化物(tgo)，阻止氧進一步擴散，起到保護基底材料不受侵蝕的作用。

mcraly合金的特征是高熔點、脆性大、硬度高。目前mcraly合金制造方法主要是部分元素預合金化后和其他元素混粉預壓燒結，然后機加工成型。例如專利申請號cn201510541909所涉及合金制備方法，但這種方法制備的合金密度低、孔隙率大、含氧量高、廢品率高；mcraly合金成分復雜，凝固溫度范圍寬，呈糊狀凝固，冒口補縮距離短，對于細長桿件靶材，普通的澆鑄凝固時極易在中心部位形成縮松，影響靶材質量。

技術實現要素：

為了解決現有技術存在的問題，本發明提供了一種mcraly合金及其制備方法，所述mcraly合金在現有的mcraly合金中增添了zr、si、ti、hf和ta，以提高mcraly合金的力學性能和抗氧化能力。所述mcraly合金的制備方法使用真空感應熔煉和真空澆鑄技術相結合的方式，獲得了微觀組織較均勻細密的mcraly合金。

本發明的目的是提供一種mcraly合金。

本發明的再一目的是提供一種mcraly合金的制備方法。

根據本發明的mcraly合金，包括co、ni、cr、al、y、zr、si、ti、hf和ta；

所述mcraly合金中各組分的重量份數如下：co40-60份；ni40-60份；cr20-40份；al5-12份；y0.3-2份；zr0.3-2份；si0.3-2份；ti0.3-2份；hf0.3-2份；ta0.3-2份。

根據本發明的mcraly合金，其中，所述mcraly合金中各組分的重量份數如下：co45-55份；ni45-55份；cr25-35份；al7-10份；y0.5-1.5份；zr0.6-1.4份；si0.35-1.85份；ti0.4-1.8份；hf0.5-1.6份；ta0.45-1.75份。

根據本發明的mcraly合金，其中，所述mcraly合金中各組分的重量份數如下：co50份；ni50份；cr30份；al9份；y1.1份；zr1.2份；si1.3份；ti1.1份；hf1.3份；ta1.2份。

根據本發明的mcraly合金，其中，所述mcraly合金的金相晶粒的粒徑在200μm以下。

根據本發明的mcraly合金的制備方法，其中，所述制備方法包括以下步驟：

a、將co、ni、cr、al、y、zr、si、ti、hf和ta單質按照配比進行真空感應熔煉，得到合金熔液；

b、將步驟a得到的合金熔液真空澆鑄到模具中，冷卻后得到所述mcraly合金。

根據本發明的mcraly合金的制備方法，其中，步驟b中，真空澆鑄時合金熔液的溫度比所述mcraly合金的熔點高50-80℃。

根據本發明的mcraly合金的制備方法，其中，步驟b中，真空澆鑄時合金熔液的溫度為1510-1550℃。

根據本發明的mcraly合金的制備方法，其中，步驟b中，真空澆鑄時后，所述合金熔液的冷卻速率為10-10³℃/s。

根據本發明的mcraly合金的制備方法，其中，步驟b后，還包括步驟c：將步驟b得到的所述mcraly合金切割成圓柱體，然后打磨得到合金靶材。

根據本發明的mcraly合金的制備方法，其中，步驟b中，使用鑄造模具進行真空澆鑄；

所述鑄造模具包括模具本體和冒口，所述模具本體包括側壁和底板，所述側壁和底板圍成一個頂部開口的半包圍結構，所述冒口設置在所述模具本體的頂部，所述模具本體從下到上的內徑逐漸增加，所述冒口的內側壁設有一圈保溫棉；所述模具本體采用銅制成，所述冒口采用石墨制成。

本發明的有益效果為:

1、在現有的mcraly合金的基礎上，添加了zr、si、ti、hf和ta元素，能夠配合al形成致密的耐高溫氧化層，顯著延緩了氧向內部擴散，延長熱障涂層的熱震循環使用壽命。新添加的元素和y元素相配合，可以提高tgo層與粘結層的粘附性，抑制粘結層的高溫氧化，并且能夠配合cr元素促進tgo的生成，配合al元素會生成致密的耐高溫氧化層，co具有抗熱腐蝕性，ni具有抗氧化性，在加入了zr、si、ti、hf和ta元素之后，mcraly合金的力學性能和抗氧化性能均有所提升。

2、所述mcraly合金的金相晶粒的粒徑在200μm以下，具有密度高、孔隙率小的優點。

3、所述mcraly合金的制備方法，使用真空感應熔煉和真空澆鑄技術相結合的方式，獲得微觀組織較均勻細密的mcraly合金，解決了現有技術成品率低，鑄錠微觀組織粗大、不均勻，合金熔液易沖蝕金屬模具，造成合金雜質元素含量升高的問題。

4、所述制備方法，控制真空澆鑄時合金熔液的溫度，避免在溫度較低在銅模急冷時產生“冷隔”現象，在溫度較高在鑄錠中枝晶間形成微小的縮孔，影響合金的致密度。

5、所述制備方法，控制合金熔液的冷卻速度，保證大尺寸鑄錠在凝固過程中不會由于熱應力而破裂。

6、所述制備方法，將mcraly合金切割打磨后得到合金靶材，提供了能夠穩定進行鍍膜的mcraly合金靶材。

7、所述制備方法，使用專門設計的鑄造模具，由于鑄造模具的空腔直徑由下至上逐漸擴大，散熱逐漸變慢，使得高溫的合金液體自下而上實現順序凝固；這樣，鑄坯上表面的凝固過程中一直保持液態作為一個大的補縮源，避免長桿鑄錠中部形成的縮松，并在同一個水平面上基本消除了熱應力的影響。制備得到的mcraly合金可直接經過后續的熱處理消除應力，機加工后獲得最終的mcraly合金靶材。與目前主流的粉末冶金生產mcraly合金靶材相比，生產成本明顯降低，質量顯著提高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是實施例澆鑄時的示意圖；

圖2是實施例5得到的mcraly合金的金相組織圖。

附圖標記

1-鑄造模具；2-側壁；3-底板；4-冒口；5-保溫棉。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明的技術方案進行詳細的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬于本發明所保護的范圍。

以下實施例中每一重量份的重量為1kg。

實施例1

一種mcraly合金，包括co、ni、cr、al、y、zr、si、ti、hf和ta；所述mcraly合金中各組分的重量份數如下：

co40份；ni60份；cr20份；al12份；y0.3份；zr2份；si0.3份；ti2份；hf0.3份；ta2份。

所述mcraly合金的制備方法，包括以下步驟：

a、將co、ni、cr、al、y、zr、si、ti、hf和ta單質按照配比進行真空感應熔煉，得到合金熔液；

b、將步驟a得到的合金熔液真空澆鑄到模具中，真空澆鑄時合金熔液的溫度比所述mcraly合金的熔點高50℃，冷卻后得到所述mcraly合金，所述合金熔液的冷卻速率為10²℃/s。

本實施例中，所述mcraly合金的金相晶粒的粒徑在200μm以下。

將本實施例得到的mcraly合金作為熱障涂層涂覆在熱端部件后，對鎳合金基熱端部件進行進行抗熱震性能測試，在高溫空氣爐中，在1050攝氏度空氣氣氛下，保溫30分鐘，然后在5分鐘內空氣冷卻到室溫，如此反復300次，熱障涂層不脫落，而僅使用m、cr、al和y合金制得的熱障涂層，185次即脫落。

實施例2

一種mcraly合金，包括co、ni、cr、al、y、zr、si、ti、hf和ta；所述mcraly合金中各組分的重量份數如下：

co60份；ni40份；cr40份；al5份；y2份；zr0.3份；si2份；ti0.3份；hf2份；ta0.3份。

所述mcraly合金的制備方法，包括以下步驟：

a、將co、ni、cr、al、y、zr、si、ti、hf和ta單質按照配比進行真空感應熔煉，得到合金熔液；

b、將步驟a得到的合金熔液真空澆鑄到模具中，真空澆鑄時合金熔液的溫度比所述mcraly合金的熔點高80℃，冷卻后得到所述mcraly合金，所述合金熔液的冷卻速率為10℃/s。

本實施例中，所述mcraly合金的金相晶粒的粒徑在200μm以下。

將本實施例得到的mcraly合金作為熱障涂層涂覆在熱端部件后，對鎳合金基熱端部件進行進行抗熱震性能測試，在高溫空氣爐中，在1050攝氏度空氣氣氛下，保溫30分鐘，然后在5分鐘內空氣冷卻到室溫，如此反復300次，熱障涂層不脫落，而僅使用m、cr、al和y合金制得的熱障涂層，185次即脫落。

實施例3

一種mcraly合金，包括co、ni、cr、al、y、zr、si、ti、hf和ta；所述mcraly合金中各組分的重量份數如下：

co45份；ni55份；cr25份；al10份；y0.5份；zr1.4份；si0.35份；ti1.8份；hf0.5份；ta1.75份。

所述mcraly合金的制備方法，包括以下步驟：

a、將co、ni、cr、al、y、zr、si、ti、hf和ta單質按照配比進行真空感應熔煉，得到合金熔液；

b、將步驟a得到的合金熔液真空澆鑄到模具中，真空澆鑄時合金熔液的溫度為1510℃，冷卻后得到所述mcraly合金，所述合金熔液的冷卻速率為10²℃/s；

c、將步驟b得到的所述mcraly合金切割成圓柱體，然后打磨得到合金靶材。

本實施例中，所述mcraly合金的金相晶粒的粒徑在200μm以下。

將本實施例得到的mcraly合金作為熱障涂層涂覆在熱端部件后，對鎳合金基熱端部件進行進行抗熱震性能測試，在高溫空氣爐中，在1050攝氏度空氣氣氛下，保溫30分鐘，然后在5分鐘內空氣冷卻到室溫，如此反復300次，熱障涂層不脫落，而僅使用m、cr、al和y合金制得的熱障涂層，185次即脫落。

實施例4

一種mcraly合金，包括co、ni、cr、al、y、zr、si、ti、hf和ta；所述mcraly合金中各組分的重量份數如下：

co55份；ni45份；cr35份；al7份；y1.5份；zr0.6份；si1.85份；ti0.4份；hf1.6份；ta0.45份。

所述mcraly合金的制備方法，包括以下步驟：

a、將co、ni、cr、al、y、zr、si、ti、hf和ta單質按照配比進行真空感應熔煉，得到合金熔液；

b、將步驟a得到的合金熔液真空澆鑄到模具中，真空澆鑄時合金熔液的溫度為1550℃，冷卻后得到所述mcraly合金，所述合金熔液的冷卻速率為10²℃/s；

c、將步驟b得到的所述mcraly合金切割成圓柱體，然后打磨得到合金靶材。

步驟b中，使用鑄造模具1進行真空澆鑄；

所述鑄造模具1包括模具本體和冒口4，所述模具本體包括側壁2和底板3，所述側壁2和底板3圍成一個頂部開口的半包圍結構，所述冒口4設置在所述模具本體的頂部，所述模具本體從下到上的內徑逐漸增加，所述冒口4的內側壁2設有一圈保溫棉5；所述模具本體采用銅制成，所述冒口4采用石墨制成。

本實施例中，所述mcraly合金的金相晶粒的粒徑在200μm以下。

將本實施例得到的mcraly合金作為熱障涂層涂覆在熱端部件后，對鎳合金基熱端部件進行進行抗熱震性能測試，在高溫空氣爐中，在1050攝氏度空氣氣氛下，保溫30分鐘，然后在5分鐘內空氣冷卻到室溫，如此反復300次，熱障涂層不脫落，而僅使用m、cr、al和y合金制得的熱障涂層，185次即脫落。

實施例5

一種mcraly合金，包括co、ni、cr、al、y、zr、si、ti、hf和ta；所述mcraly合金中各組分的重量份數如下：

co50份；ni50份；cr30份；al9份；y1.1份；zr1.2份；si1.3份；ti1.1份；hf1.3份；ta1.2份。

所述mcraly合金的制備方法，包括以下步驟：

a、將co、ni、cr、al、y、zr、si、ti、hf和ta單質按照配比進行真空感應熔煉，得到合金熔液；

b、將步驟a得到的合金熔液真空澆鑄到模具中，真空澆鑄時合金熔液的溫度為1530℃，冷卻后得到所述mcraly合金，所述合金溶液的冷卻速率為10²℃/s；

c、將步驟b得到的所述mcraly合金切割成圓柱體，然后打磨得到合金靶材。

步驟b中，使用鑄造模具1進行真空澆鑄；

所述鑄造模具1包括模具本體和冒口4，所述模具本體包括側壁2和底板3，所述側壁2和底板3圍成一個頂部開口的半包圍結構，所述冒口4設置在所述模具本體的頂部，所述模具本體從下到上的內徑逐漸增加，所述冒口4的內側壁2設有一圈保溫棉5；所述模具本體采用銅制成，所述冒口4采用石墨制成。

本實施例中，所述mcraly合金的金相晶粒的粒徑在200μm以下。

從得到的合金靶材上取10mm×10mm的樣品，并金相鑲嵌，機械拋光，腐蝕晶粒，用金相顯微鏡觀察顯微組織，金相組織如圖2所示。從圖2能夠看出，所述合金靶材組織晶粒細小，均勻。

將本實施例得到的mcraly合金作為熱障涂層涂覆在熱端部件后，對鎳合金基熱端部件進行進行抗熱震性能測試，在高溫空氣爐中，在1050攝氏度空氣氣氛下，保溫30分鐘，然后在5分鐘內空氣冷卻到室溫，如此反復300次，熱障涂層不脫落，而僅使用m、cr、al和y合金制得的熱障涂層，185次即脫落。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。