本發(fā)明涉及合金材料，具體是一種熱端部件用高強(qiáng)度耐高溫合金帶及其制備工藝。

背景技術(shù)：

1、合金帶是一種由多種金屬合成的材料，具有較高的強(qiáng)度和硬度，使其被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑等行業(yè)中，合金帶還具有良好的耐磨性和耐腐蝕性，使其能在惡劣的工作環(huán)境中使用。

2、熱端部件用合金帶通常需要較好的導(dǎo)熱率和耐高溫性能，但這些性能間往往存在矛盾，如鎂合金具有較好的導(dǎo)熱性能，但其力學(xué)強(qiáng)度較差，限制了它的適用范圍。

3、因此我們提出一種熱端部件用高強(qiáng)度耐高溫合金帶及其制備工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種熱端部件用高強(qiáng)度耐高溫合金帶及其制備工藝，以解決現(xiàn)有技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種熱端部件用高強(qiáng)度耐高溫合金帶，包括合金帶、金屬粘結(jié)層和熱障涂層；

3、所述合金帶包括以下質(zhì)量組分：al（鋁）：10.5-20.5%，cr（鉻）：5.5-10.5%，mo（鉬）：8.0-12.0％，fe（鐵）：14.5-20.5%，其余量為ni（鎳）。

4、在上述技術(shù)方案中，鋁具有良好的導(dǎo)熱性能，快速傳遞熱量，有效降低器件的溫度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，鋁還具有耐腐蝕性，提高合金帶的抗腐蝕能力，延長其壽命；鉻是合金中的強(qiáng)化元素，它能夠細(xì)化晶粒，通過形成增強(qiáng)相提高合金的強(qiáng)度和硬度，鉻形成的碳化物還有良好的耐磨性，有助于合金帶長期承受摩擦，減少磨損；鉬能夠與其他元素形成固溶體，提升合金的力學(xué)性能，鉬具有高抗氧化性、高熔點(diǎn)和優(yōu)異的抗蝕性能，使其能在高溫和高腐蝕環(huán)境下保持良好的穩(wěn)定性，延長了合金帶的使用壽命并減少維護(hù)成本；鐵通過與其他元素的相互作用，形成固溶體或化合物，使得合金帶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，提高其強(qiáng)度和硬度，鐵元素在合金中能夠細(xì)化晶粒，有助于提高合金的韌性和延展性，在受到?jīng)_擊時(shí)，能夠保持完整性；鎳是擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，不形成碳化物，說明在合金中加入鎳可以使合金在室溫下獲得奧氏體組織，在高溫下也能保持奧氏體的穩(wěn)定性。

5、一種熱端部件用高強(qiáng)度耐高溫合金帶的制備工藝，包括以下步驟：

6、s1：將合金熔煉成型，得到扁坯；

7、s2：將s1中所述扁坯進(jìn)行修磨精整，熱軋，光亮退火，再次修磨精整，得到合金帶半成品；

8、s3：將s2中所述合金帶半成品進(jìn)行冷軋，退火，再次冷軋，退火，然后檢驗(yàn)，切邊，得到合金帶成品；

9、s4：將s3中所述合金帶成品超聲清洗，烘干，在合金帶成品表面噴涂改性al-si（鋁-硅）漿料，固化，形成金屬粘結(jié)層，再在金屬粘結(jié)層表面涂覆改性cao-zro2（氧化鈣-二氧化鋯）復(fù)合漿料，固化，形成熱障涂層，得到高強(qiáng)度耐高溫合金帶。

10、進(jìn)一步的，s1中熔煉成型的溫度為1400-1600℃。

11、進(jìn)一步的，s2中熱軋的溫度為1100-1300℃；

12、s2中光亮退火在純氫氣保護(hù)的光亮退火爐中進(jìn)行，工藝條件為：溫度1100-1300℃，時(shí)間5-15min，噴氫量35-55m3/h。

13、進(jìn)一步的，s3中冷軋的工藝條件為：溫度400-600℃，時(shí)間0.5-1.5h；

14、退火的工藝條件為：溫度1100-1300℃，時(shí)間50-90min。

15、進(jìn)一步的，s4中超聲清洗的工藝條件為：頻率20-40hz，時(shí)間為0.5-1.5h；

16、s4中噴涂的工藝條件為：噴量5-15ml/min，噴口壓力2-10kpa；

17、s4中固化的工藝條件為：溫度900-1100℃，時(shí)間1-3h；

18、s4中金屬粘結(jié)層厚度為0.3-0.8mm；

19、s4中熱障涂層厚度為0.5-1mm。

20、進(jìn)一步的，所述改性al-si漿料的制備工藝如下：

21、步驟1：將納米la2o3與nacl（氯化鈉）溶液混合，超聲，得到la2o3漿料；

22、步驟2：將al（鋁）粉、si（硅）粉、al2o3（氧化鋁）粉與步驟1中的la2o3漿料混合，加入硅烷偶聯(lián)劑，攪拌均勻，得到改性al-si漿料。

23、進(jìn)一步的，步驟1中nacl溶液由nacl、無水乙醇、去離子水按質(zhì)量比（0.3-0.5）：1：1混合并攪拌均勻得到；

24、步驟1中納米la2o3、nacl溶液質(zhì)量比為（1-3）：（5-8）。

25、進(jìn)一步的，步驟2中al粉、si粉、al2o3粉、la2o3漿料、硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為（1-2）：（0.5-1）：（4-6）：（8-15）：（0.05-0.1）。

26、進(jìn)一步的，納米la2o3：200nm，純度99%，來源于贛州啟明新材料有限公司；

27、nacl：cas號(hào)7647-14-5，純度98%，來源于萊州市海盟鹽化有限公司；

28、無水乙醇：cas號(hào)64-17-5，純度99%，來源于濟(jì)南榮廠化工有限公司；

29、al粉：2000目，純度99.85%，來源于湖南金昊新材料科技股份有限公司；

30、si粉：1000目，純度99.99%，來源于河北騰雙金屬材料有限公司；

31、al2o3粉：cas號(hào)1344-28-1，8-12μm，來源于揚(yáng)州中天利新材料股份有限公司；

32、硅烷偶聯(lián)劑：kh560，純度99%，來源于山東沅錦材料。

33、在上述技術(shù)方案中，利用納米la2o3對al-si漿料進(jìn)行改性，增強(qiáng)了粘結(jié)層的耐熱性和耐老化性，納米la2o3中的氧原子和al-si漿料中的硅原子形成緊密的化學(xué)鍵，加強(qiáng)了分子間的相互作用，提高粘結(jié)層的粘結(jié)強(qiáng)度，納米la2o3還能夠促進(jìn)al-si漿料的分散性，有助于形成致密均勻的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高粘結(jié)層的耐磨性和抗沖擊性；al-si漿料中的鋁元素和硅元素具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，抗腐蝕能力較強(qiáng)，同時(shí)，納米la2o3也具有較好的抗腐蝕性，兩者共同作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了粘結(jié)層的耐腐蝕性能。

34、進(jìn)一步的，所述改性cao-zro2復(fù)合漿料的制備工藝如下：

35、（1）將c4h6cao4（醋酸鈣）、zrocl2·8h2o（氧氯化鋯）、乙醇水溶液混合，加入聚乙二醇，攪拌均勻，調(diào)節(jié)ph至9-11，攪拌均勻，超聲分散，將得到的混合溶液水浴加熱至50-70℃，形成凝膠，干燥研磨，煅燒，得到cao-zro2復(fù)合粉體；

36、（2）將cao-zro2復(fù)合粉體、納米al2o3、無水乙醇混合，超聲分散，滴加硅烷偶聯(lián)劑，加熱攪拌反應(yīng)至黏稠狀，得到改性cao-zro2復(fù)合漿料。

37、進(jìn)一步的，（1）中乙醇水溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%。

38、進(jìn)一步的，（1）中c4h6cao4、zrocl2·8h2o摩爾比為（1-3）：（1-3）；

39、c4h6cao4、乙醇水溶液、聚乙二醇質(zhì)量比為1：（6-10）：（0.05-0.1）。

40、進(jìn)一步的，（1）中干燥時(shí)間為溫度90-110℃，8-12h；

41、煅燒的工藝條件為：溫度700-1100℃，時(shí)間2-4h。

42、進(jìn)一步的，（2）中cao-zro2復(fù)合粉體、納米al2o3、無水乙醇、硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量比為（5-10）：（0.5-1）：（15-25）：（0.05-0.1）。

43、進(jìn)一步的，（2）中加熱攪拌反應(yīng)的工藝條件為：溫度65-85℃，攪拌轉(zhuǎn)速80-100r/min。

44、進(jìn)一步的，超聲分散的工藝條件為：頻率20-40khz，時(shí)間3-5min。

45、進(jìn)一步的，c4h6cao4：cas號(hào)為5743-26-0，純度98%，來源于天津金匯太亞化學(xué)試劑有限公司；

46、zrocl2·8h2o：cas號(hào)為13520-92-8，純度99%，來源于廊坊乾耀科技有限公司；

47、聚乙二醇：cas號(hào)為25322-68-3，來源于南京試劑；

48、納米al2o3：20-30nm，純度00.00%，來源于北京德科島金科技有限公司。

49、在上述技術(shù)方案中，使用輔助溶膠-凝膠法制備了cao-zro2復(fù)合粉體，原料c4h6cao4和zrocl2·8h2o先水解，隨后通過縮聚反應(yīng)，逐漸形成溶膠粒子，水浴加熱后，溶膠粒子進(jìn)一步反應(yīng)，形成具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，實(shí)現(xiàn)了cao與zro2分子間的相互粘附，提高了復(fù)合粉體的穩(wěn)定性；再對cao-zro2復(fù)合粉體進(jìn)行納米al2o3包覆改性，一方面改善了復(fù)合粉體的表面形貌，使其更加均勻致密，另一方面改善了粉體在漿料中的分散性，提高了熱障涂層的力學(xué)性能、耐磨性能和耐高溫性能。

50、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

51、1、利用納米la2o3對al-si漿料進(jìn)行改性，增強(qiáng)了粘結(jié)層的耐熱性和耐老化性，納米la2o3中的氧原子和al-si漿料中的硅原子形成緊密的化學(xué)鍵，加強(qiáng)了分子間的相互作用，提高粘結(jié)層的粘結(jié)強(qiáng)度，納米la2o3還能夠促進(jìn)al-si漿料的分散性，有助于形成致密均勻的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高粘結(jié)層的耐磨性和抗沖擊性；al-si漿料中的鋁元素和硅元素具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，抗腐蝕能力較強(qiáng)，同時(shí)，納米la2o3也具有較好的抗腐蝕性，兩者共同作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了粘結(jié)層的耐腐蝕性能。

52、2、使用輔助溶膠-凝膠法制備了cao-zro2復(fù)合粉體，原料醋酸鈣和氧氯化鋯先水解，隨后通過縮聚反應(yīng)，逐漸形成溶膠粒子，水浴加熱后，溶膠粒子進(jìn)一步反應(yīng)，形成具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，實(shí)現(xiàn)了cao與zro2分子間的相互粘附，提高了復(fù)合粉體的穩(wěn)定性；再對cao-zro2復(fù)合粉體進(jìn)行納米al2o3包覆改性，一方面改善了復(fù)合粉體的表面形貌，使其更加均勻致密，另一方面改善了粉體在漿料中的分散性，提高了熱障涂層的力學(xué)性能、耐磨性能和耐高溫性能。

53、3、在高溫下固化形成金屬粘結(jié)層和熱障涂層，金屬粘結(jié)層發(fā)生熱腐蝕反應(yīng)，其中al極易形成具有良好穩(wěn)定性的氧化鋁膜，有助于保護(hù)基體免受進(jìn)一步腐蝕，高溫下，金屬粘結(jié)層與合金帶中的fe、ni、cr等元素發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化合物，附著在合金帶上，增強(qiáng)合金帶與金屬粘結(jié)層的粘結(jié)強(qiáng)度，金屬粘結(jié)層中的si能夠降低熱障涂層表面的熱膨脹系數(shù)，減少熱障涂層中氧化鋯在使用過程中的應(yīng)力，使其與金屬粘結(jié)層的熱膨脹系數(shù)相匹配，提高熱障涂層與金屬粘結(jié)層的結(jié)合力，進(jìn)一步增強(qiáng)了合金帶、金屬粘結(jié)層、熱障涂層間的結(jié)合力，提高了合金帶耐高溫、耐腐蝕性能和使用壽命。