本發明涉及合金技術領域，具體說是一種鋯化物摻雜高溫耐腐蝕鎳基合金的制備方法。
背景技術：
隨著化工行業中對耐腐蝕特別是在高溫環境下能耐受強堿腐蝕設備材料性能的要求越來越嚴格，耐腐蝕合金制備工藝技術一直是合金領域研究的熱點。現有的耐腐蝕合金在低溫環境中雖然能夠保持一定的耐腐蝕性能，但當溫度升高至500℃以上時，特別是在強堿性環境中，就會發生晶界腐蝕現象，導致合金物理性能和耐腐蝕能力迅速降低，再次用于高溫堿性環境時，就會加速合金體腐蝕，無法再繼續使用。常用的鎳基合金制備方法也有文獻提及摻雜鋯工藝，如專利號為CN102628127A，名稱為“高強耐蝕鎳合金及其制造方法”的中國發明專利，但其以金屬鋯為原料，原料成本高，單質鋯與鎳基體也難于熔合，導致合金產品易產生裂縫甚至斷裂，同時合金中鋯是以金屬鋯形式分散于鎳基合金中，對被添加的鎳基合金材料性能如淬透性、斷裂韌性等影響較大，高溫強堿環境中的耐腐蝕性能也不夠理想。如何以低廉的成本制備出能在高溫環境下耐堿腐蝕的鎳基合金材料，同時又要保證鎳基合金材料的淬透性、斷裂韌性等物理性能，成為了本領域技術人員亟需解決的一大技術難題。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種工藝簡單、成本低廉、能在高溫強堿環境下耐腐蝕且淬透性、斷裂韌性等物理性能好的鋯化物摻雜高溫耐腐蝕鎳基合金的制備方法。
為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：
一種鋯化物摻雜高溫耐腐蝕鎳基合金的制備方法，將鎳、鉻、氧化鋯、氧化釩和碳按照以下重量比投入真空感應爐內熔煉：
鎳∶鉻∶氧化鋯∶氧化釩∶碳＝63.5-68.5∶27.5-33.5∶0.85-1.35∶0.55-0.85∶1.15-1.75；
熔煉溫度為1550-1700℃，熔煉時間為90-180min，熔煉完成后于惰性氣氛保護下澆鑄得到合金錠。
本發明的有益效果在于：區別于現有技術，本發明采用在鎳基合金中按一定比例微量添加氧化鋯、氧化釩和碳的工藝，實現了在真空條件下高溫熔池內碳與氧化鋯和氧化釩反應形成部分鋯碳化合物和釩碳化合物均勻分散在合金中，使制得的鎳基合金在高溫下保持較好強度的同時具有優良耐堿腐蝕性能，工藝流程簡單，工藝成本低，所制得的合金可在1000℃高溫下腐蝕性環境中長期使用，具有耐高溫、耐堿腐蝕等特點，可廣泛應用于各種高溫防腐行業設備配件以提高其使用性能和壽命。
具體實施方式
為詳細說明本發明的技術內容、所實現目的及效果，以下結合實施方式予以說明。
本發明最關鍵的構思在于:將微量的氧化鋯、氧化釩和碳添加運用于鎳基合金中，鑄錠均勻化處理時形成均勻彌散的鋯碳、釩碳化合物，微小的鋯碳、釩碳化合物均勻彌散在鎳基合金中，在保證鎳基合金淬透性、斷裂韌性等物理性能的同時，提高鎳基合金的高溫抗腐蝕性能。
具體的，本發明提供的鋯化物摻雜高溫耐腐蝕鎳基合金的制備方法，將鎳、鉻、氧化鋯、氧化釩和碳按照以下重量比投入真空感應爐內熔煉：
鎳∶鉻∶氧化鋯∶氧化釩∶碳＝63.5-68.5∶27.5-33.5∶0.85-1.35∶0.55-0.85∶1.15-1.75；
熔煉溫度為1550-1700℃，熔煉時間為90-180min，熔煉完成后于惰性氣氛保護下澆鑄得到合金錠。
本發明的反應機理在于：以金屬鎳為基體，同時以金屬鉻、微量氧化鋯、微量氧化釩加一定量碳為原料按一定比例加入熔池，在真空條件下高溫熔池內碳與氧化鋯和氧化釩反應形成部分鋯碳化合物和釩碳化合物均勻分散在合金中，此種鋯、釩的碳化物彌散強化的鎳基合金在高溫條件下可以耐住強堿的浸蝕，即使在高達1000℃的高溫堿性環境中也能長期使用，對各種高溫堿環境及其它易腐環境工作的部件具有極好的保護作用。
從上述描述可知，本發明的有益效果在于：區別于現有技術，本發明采用在鎳基合金中按一定比例微量添加氧化鋯、氧化釩和碳的工藝，實現了在真空條件下高溫熔池內碳與氧化鋯和氧化釩反應形成部分鋯碳化合物和釩碳化合物均勻分散在合金中，使制得的鎳基合金在高溫下保持較好強度的同時具有優良耐堿腐蝕性能，工藝流程簡單，工藝成本低，所制得的合金可在1000℃高溫下腐蝕性環境中長期使用，具有耐高溫、耐堿腐蝕等特點，可廣泛應用于各種高溫防腐行業設備配件以提高其使用性能和壽命。
進一步的，先將鎳和鉻投入真空感應爐內熔煉，待鎳和鉻熔化后，再將由氧化鋯、氧化釩和碳混合壓制而成的小球投入真空感應爐內熔煉(碳熱還原氧化鋯和氧化釩制備金屬鋯和釩，以使得還原得到金屬鋯和釩與鎳和鉻熔合反應)。
進一步的，小球投入真空感應爐后的熔煉時間控制在45min以上(以使得熔合反應充分)。
進一步的，熔煉要求控制合金中鐵、錳含量均小于0.1％，鋁、鈦含量均小于0.07％。
進一步的，鎳的純度≥99.9wt％，鉻的純度≥99.9wt％，氧化鋯的純度≥99.8wt％，氧化釩的純度≥99.8wt％，碳的純度≥99wt％。
實施例一
1、原料制備：按照重量比為鎳∶鉻∶氧化鋯∶氧化釩∶碳＝64.5∶33.5∶1.2∶0.59∶1.6稱取原料，其中，金屬鎳純度≥99.9％、金屬鉻純度≥99.9％、氧化鋯純度≥99.8％、氧化釩≥99.8％、碳純度≥99％，氧化鋯、氧化釩和碳優選為顆粒狀或粉末狀，將氧化鋯、氧化釩和碳混合壓制成小球(球粒徑0-30mm，壓球使得接觸充分，以使得熱還原反應效率更高)。
2、熔煉：先將鎳和鉻投入真空感應爐內熔煉，控制真空感應爐的熔煉溫度為1650℃，待鎳和鉻熔化后，再將由氧化鋯、氧化釩和碳混合壓制而成的小球投入真空感應爐內熔煉，控制小球投入真空感應爐后的熔煉時間為45min，控制總的熔煉時間為180min。
3、澆鑄：將熔煉好的合金熔體于惰性氣氛保護下澆鑄成合金錠，即得到鋯化物摻雜高溫耐腐蝕鎳基合金。
檢測結果：
(1)將制得的鎳基合金進行金相分析和成分檢測可知，合金中含有鋯碳化合物和釩碳化合物，且鋯碳化合物和釩碳化合物均勻分散在合金中，鐵、錳含量均小于0.1％，鋁、鈦含量均小于0.07％。
(2)將制得的鎳基合金放置在碳酸鈉強堿性物料中，在980℃馬弗爐內放置48小時，如此循環10次未發現其表面被腐蝕，高溫耐蝕性能良好。
實施例二
1、原料制備：按照重量比為鎳∶鉻∶氧化鋯∶氧化釩∶碳＝66.75∶30.3∶0.993∶0.845∶1.55稱取原料，其中，金屬鎳純度≥99.9％、金屬鉻純度≥99.9％、氧化鋯純度≥99.8％、氧化釩≥99.8％、碳純度≥99％，氧化鋯、氧化釩和碳優選為顆粒狀或粉末狀，將氧化鋯、氧化釩和碳混合壓制成小球。
2、熔煉：先將鎳和鉻投入真空感應爐內熔煉，控制真空感應爐的熔煉溫度為1600℃，待鎳和鉻熔化后，再將由氧化鋯、氧化釩和碳混合壓制而成的小球投入真空感應爐內熔煉，控制小球投入真空感應爐后的熔煉時間為50min，控制總的熔煉時間為150min。
3、澆鑄：將熔煉好的合金熔體于惰性氣氛保護下澆鑄成合金錠，即得到鋯化物摻雜高溫耐腐蝕鎳基合金。
檢測結果：
(1)將制得的鎳基合金進行金相分析和成分檢測可知，合金中含有鋯碳化合物和釩碳化合物，且鋯碳化合物和釩碳化合物均勻分散在合金中，鐵、錳含量均小于0.1％，鋁、鈦含量均小于0.07％。
(2)將制得的鎳基合金放置在碳酸鈉強堿性物料中，在1000℃馬弗爐內放置48小時，如此循環10次未發現其表面被腐蝕，高溫耐蝕性能良好。
實施例三
1、原料制備：按照重量比為鎳∶鉻∶氧化鋯∶氧化釩∶碳＝63.5∶27.5∶0.85∶0.55∶1.15稱取原料，其中，金屬鎳純度≥99.9％、金屬鉻純度≥99.9％、氧化鋯純度≥99.8％、氧化釩≥99.8％、碳純度≥99％，氧化鋯、氧化釩和碳優選為顆粒狀或粉末狀，將氧化鋯、氧化釩和碳混合壓制成小球。
2、熔煉：先將鎳和鉻投入真空感應爐內熔煉，控制真空感應爐的熔煉溫度為1550℃，待鎳和鉻熔化后，再將由氧化鋯、氧化釩和碳混合壓制而成的小球投入真空感應爐內熔煉，控制小球投入真空感應爐后的熔煉時間為45min，控制總的熔煉時間為90min。
3、澆鑄：將熔煉好的合金熔體于惰性氣氛保護下澆鑄成合金錠，即得到鋯化物摻雜高溫耐腐蝕鎳基合金。
檢測結果：
(1)將制得的鎳基合金進行金相分析和成分檢測可知，合金中含有鋯碳化合物和釩碳化合物，且鋯碳化合物和釩碳化合物均勻分散在合金中，鐵、錳含量均小于0.1％，鋁、鈦含量均小于0.07％。
(2)將制得的鎳基合金放置在碳酸鈉強堿性物料中，在1000℃馬弗爐內放置48小時，如此循環10次未發現其表面被腐蝕，高溫耐蝕性能良好。
實施例四
1、原料制備：按照重量比為鎳∶鉻∶氧化鋯∶氧化釩∶碳＝68.5∶33.5∶1.35∶0.85∶1.75稱取原料，其中，金屬鎳純度≥99.9％、金屬鉻純度≥99.9％、氧化鋯純度≥99.8％、氧化釩≥99.8％、碳純度≥99％，氧化鋯、氧化釩和碳優選為顆粒狀或粉末狀，將氧化鋯、氧化釩和碳混合壓制成小球。
2、熔煉：先將鎳和鉻投入真空感應爐內熔煉，控制真空感應爐的熔煉溫度為1700℃，待鎳和鉻熔化后，再將由氧化鋯、氧化釩和碳混合壓制而成的小球投入真空感應爐內熔煉，控制小球投入真空感應爐后的熔煉時間為55min，控制總的熔煉時間為180min。
3、澆鑄：將熔煉好的合金熔體于惰性氣氛保護下澆鑄成合金錠，即得到鋯化物摻雜高溫耐腐蝕鎳基合金。
檢測結果：
(1)將制得的鎳基合金進行金相分析和成分檢測可知，合金中含有鋯碳化合物和釩碳化合物，且鋯碳化合物和釩碳化合物均勻分散在合金中，鐵、錳含量均小于0.1％，鋁、鈦含量均小于0.07％。
(2)將制得的鎳基合金放置在碳酸鈉強堿性物料中，在1000℃馬弗爐內放置48小時，如此循環10次未發現其表面被腐蝕，高溫耐蝕性能良好。
對比例一
與實施例一不同的是，原料中不包含氧化鋯，小球由氧化釩和碳混合壓制而成，其他均相同。
將制得的鎳基合金放置在碳酸鈉強堿性物料中，在1000℃馬弗爐內放置48小時，如此循環3次后發現其表面逐漸被腐蝕，表面有黑色金屬化合物脫落，高溫耐蝕性能不夠好。
對比例二
與實施例一不同的是，鎳∶鉻∶氧化鋯∶氧化釩∶碳＝64.5∶33.5∶2.5∶2.5∶1.6，其他均相同。
將制得的鎳基合金放置在碳酸鈉強堿性物料中，在1000℃馬弗爐內放置48小時，如此循環10次未發現其表面被腐蝕，高溫耐蝕性能良好。但淬透性、斷裂韌性明顯降低，物理性能較差。
對比例三
與實施例一不同的是，鎳∶鉻∶氧化鋯∶氧化釩∶碳＝64.5∶33.5∶0.1∶0.3∶1.6，其他均相同。
將制得的鎳基合金放置在碳酸鈉強堿性物料中，在1000℃馬弗爐內放置48小時，如此循環6次后發現其表面逐漸被腐蝕，表面有黑色金屬化合物脫落，高溫耐蝕性能不夠好。
綜上所述，本發明提供的鋯化物摻雜高溫耐腐蝕鎳基合金的制備方法，工藝流程簡單，工藝成本低，制得的鎳基合金在高溫下保持較好強度的同時具有優良耐堿腐蝕性能，可在1000℃高溫下腐蝕性環境中長期使用，具有耐高溫、耐堿腐蝕等特點，可廣泛應用于各種高溫防腐行業設備配件以提高其使用性能和壽命。
以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等同變換，或直接或間接運用在相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。