本發明屬于合金材料制造技術領域，具體涉及一種耐高溫合金及其制備方法。
背景技術：
合金，是兩種或兩種以上的金屬與非金屬經一定方法所合成的具有金屬特性的物質。一般通過溶合成均勻液體和凝固而得。根據組成元素的數目，可以分為二元合金、三元合金和多合金。合金材料的熔點越高，其可使用的溫度限度越高，這是因為隨著溫度的升高，合金材料的機械性能顯著下降。而耐高溫合金是指在760--1500℃以上及一定應力條件下長期工作的高溫金屬材料，具有優異的高溫強度，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能，已成為軍民用燃氣渦輪發動機熱端部件不可替代的關鍵材料。由于耐高溫合金具有廣泛的用途，對其性能也提出了更高的要求。目前市場上的耐高溫合金性質地粗糙，在高溫環境下合金的抗氧化性以及抗拉性能不穩定，因此，迫切地需要一種新的技術方案解決上述問題。
技術實現要素：
本發明克服了上述技術問題的缺點，提供了一種耐高溫合金及其制備方法，制得的合金性能優異并且穩定。
本發明通過以下技術方案實現本發明的目的：
一種耐高溫合金，主要由如下重量份的原料制成：鎳粉12-20份、鋁粉10-18份、鐵粉0.5-1.5份、鉻粉5-15份、鈮粉5-10份、鈰粉3-8份、鎢粉1-4份、鉬粉1-3份、鎂粉0.15-0.25份、坦粉0.5-1.8份、碳粉0.01-0.1份、硼粉0.001-0.008份、二鹽基亞磷酸鉛1.5-3.5份、表面活性劑0.4-0.9份、粘結劑0.2-0.7份、助熔劑0.3-1.2份和抗氧化劑0.2-0.5份。
進一步的，所述耐高溫合金主要由如下重量份的原料制成：鎳粉13-18份、鋁粉12-16份、鐵粉0.7-1.2份、鉻粉7-12份、鈮粉6-9份、鈰粉4-7份、鎢粉1.5-3.5份、鉬粉1.5-2.5份、鎂粉0.16-0.23份、坦粉0.6-1.5份、碳粉0.03-0.07份、硼粉0.002-0.007份、二鹽基亞磷酸鉛2-3份、表面活性劑0.5-0.8份、粘結劑0.3-0.6份、助熔劑0.4-1.1份和抗氧化劑0.3-0.4份。
進一步的，所述耐高溫合金主要由如下重量份的原料制成：鎳粉15份、鋁粉14份、鐵粉0.8份、鉻粉10份、鈮粉8份、鈰粉5份、鎢粉3份、鉬粉2份、鎂粉0.2份、坦粉1.2份、碳粉0.05份、硼粉0.006份、二鹽基亞磷酸鉛2.5份、表面活性劑0.6份、粘結劑0.5份、助熔劑0.8份和抗氧化劑0.35份。
進一步的，所述表面活性劑為芥酸酰胺、石蠟、油酸、壬基酚聚氧乙烯醚或甲基丙烯酸十八酯中的一種或兩種以上。
進一步的，所述粘結劑為聚乙烯醇縮醛或聚碳酸醋。
進一步的，所述助熔劑為氧化鈣、二氧化硅或溴化鋰中的一種或兩種以上。
進一步的，所述抗氧化劑為磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成。
本發明還提供一種制備耐高溫合金的方法，該方法包括如下步驟：
(1)按上述重量份稱取各原料；
(2)將所述鎳粉、鋁粉、鐵粉、鉻粉、鈮粉、鈰粉、鎢粉、鉬粉、鎂粉、坦粉、碳粉和硼粉依次放入攪拌球磨機中進行攪拌研磨，所述球磨機的攪拌速度為450-500rpm，攪拌30-45min后得到混合料，將所述混合料進行真空中頻感應熔煉、澆注鑄錠、碾碎成納米合金粉；
(3)將步驟(2)獲得的納米合金粉與所述二鹽基亞磷酸鉛、表面活性劑、粘結劑、助熔劑和抗氧化劑混合，然后加入20-25份水，在600-850℃下，攪拌3-5h，得到混合液；
(4)將步驟(3)獲得的混合液過濾、干燥，過濾的目數為30-60目，干燥溫度為85-100℃，制成合金混合料粒；
(5)將所述合金混合料粒通過雙螺旋桿擠出機，在熔融溫度為480-600℃中熔融擠出，制成合金毛坯；
(6)將所述合金毛坯放入燒結爐進行燒結成型，燒結成型時的燒結溫度為1500-1530℃，燒結壓力為10-11Mpa，燒結時間為40-120min。
本發明部分原料的功能介紹如下：
鈰粉是稀土元素粉末，適量的稀土元素加入合金中可明顯提高合金的抗拉伸性能，這是由于固溶在γ基體的稀土在晶界發生偏聚，進而強化了晶界，延緩了裂紋的形成和擴展；另外，添加鈰粉還可以降低合金的氧化速率，并且隨著溫度的升高這種特性更明顯。
鎂粉加入合金中，鎂偏聚在晶界，提高了晶界強度，延緩了裂紋的形成，高溫能夠提高合金拉伸的時間和持久伸長率，從而延長了合金的持久壽命。
碳是晶界強化元素，可作為煉鋼用精煉劑或脫氧劑，利用碳氧反應把O含量降低。熔入液態合金中的C可以提高其流動性，改善鑄造性能，因此，鑄造高溫合金中的C含量通常比變形合金中的要高。
硼是高溫合金中應用最廣泛的微合金化元素，絕大多數變形高溫合金和鑄造高溫合金中都加入微量硼，使合金在高溫下仍具有持久的塑形。
二鹽基亞磷酸鉛，白色至微褐色細微結晶粉末，能夠提高合金的熱穩定性，具有抗氧化和耐熱的能力。
芥酸酰胺是一種白色粉末，具有較高的熔點和熱穩定性，加入合金中可以使合金表面光滑，增加合金的耐磨性。
油酸為無色油狀液體，是一種陰離子表面活性劑，碳鏈長度與硬脂酸相同。
壬基酚聚氧乙烯醚是以壬基酚和環氧乙烷在催化劑作用下縮合反應的非離子表面活性劑，具有各種不同的親水親油平衡值，其有良好的滲透、乳化、分散、抗酸、抗堿、抗硬水、抗還原和抗氧化能力；常溫下，壬基酚為無色或淡黃色液體，略帶苯酚氣味，不溶于水；壬基酚聚氧乙烯醚是壬基酚的衍生物，烷基酚聚氧乙烯醚類化合物，是廣泛使用的非離子表面活性劑的主要代表。
甲基丙烯酸十八酯是一種白色固體，無刺激性氣味，溫度不會影響其的吸附平衡時間，溫度升高有利于表面活性劑的吸附。
聚乙烯醇縮醛具有耐熱性、耐磨性等優點，是一種性能優良的粘結劑。
聚碳酸醋具有優良的力學性能和熱穩定性，在高溫環境下表現出高度的活性與極性，能將合金元素很好地粘結。
氧化鈣一種無機化合物，俗名生石灰，物理性質是表面白色粉末，不純者為灰白色，含有雜質時呈淡黃色或灰色，具有吸濕性，一般指能降低其物質的軟化、熔化或液化溫度的物質。在冶金學中，氧化鈣能降低其物質的軟化、熔化或液化溫度的物質，與礦物中的雜質結合成渣而與金屬分離，以達到熔煉或精煉的目的，是一種堿性助熔劑。
二氧化硅是一種難溶于水的白色固體，作為合金制作中的助熔劑，要求的溫度低，適用性強。
溴化鋰是白色粉末或粒狀晶體，屬立方晶系，無色透明或淡黃色液體，能夠與礦物中的雜質結合成渣而與金屬分離，以達到熔煉或精煉的目的。
磷酸為白色固體，大于42℃時為無色粘稠液體，處理金屬表面，在金屬表面生成難溶的磷酸鹽薄膜，以保護金屬免受腐蝕，能夠與金屬離子絡合，鈍化催化氧化作用，可以增強抗氧化劑的作用。
二甲基酮肟又稱為丙酮肟，是一種肟類化合物，具有較強的還原性，常溫下為白色片狀結晶，熔點為60～61℃，易溶于水、醇、醚、酮、烴、石油醚等有機溶劑，是以羥胺和羰基化合物以縮合反應而制得的新型鍋爐水除氧劑，有較強的還原性，有似水合氯醛氣味，在空氣中揮發很快，呈中性反應，在稀酸中易水解。能快速降低水中的溶解氧，在金屬鋼材表面形成良好的磁性氧化物保護膜，防止氧腐蝕，并對金屬表面起到緩蝕和鈍化的作用，且具有用量少、無毒、排放無污染等優點。
本發明的耐高溫合金及其制備方法具有以下優點：
1、本發明的耐高溫合金優化設計了鎳粉、鋁粉、鐵粉、鉻粉以及鈮粉的加入量，使其各自相互協同作用，提高合金的高溫強度和持久強度。適量的鈰粉以及鎂粉的添加，延緩了合金裂紋的形成和擴展，提高了合金的拉伸的時間和持久伸長率；另外，鎢粉、鉬粉、坦粉、碳粉以及硼粉的增加，進一步優化合金的抗氧化性能，維持良好的組織穩定性，并且具有一定的阻燃性。所述二鹽基亞磷酸鉛作為一種熱穩定劑，可以提高合金的抗氧化和耐熱的能力。在合金制作過程中，隨著鎳、鉻等金屬不斷溶解在水中，水的硬度逐漸升高，采用所述芥酸酰胺、石蠟、油酸、壬基酚聚氧乙烯醚或甲基丙烯酸十八酯中的一種或兩種以上作為表面活性劑，能夠降低水的硬度，以及降低合金元素之間的摩擦系數，起到潤滑作用，還具有優異的防銹性能。采用所述聚乙烯醇縮醛或聚碳酸醋作為粘結劑，使本發明的合金具備優異的抗剪切強度和抗沖擊特性。采用所述氧化鈣、二氧化硅或溴化鋰中的一種或兩種以上作為助熔劑，能夠與合金原料中的雜質結合成渣而與金屬分離，降低合金元素的熔化溫度，以達到熔煉或精煉合金的目的。采用磷酸和二甲基酮肟以重量份比為1:3混合而成的混合料作為抗氧化劑，所述磷酸能夠增強所述二甲基酮肟的抗氧化性，二者結合使用能在合金表面形成一層致密氧化膜，以增強本發明的耐高溫合金的防腐能力。綜上，本發明的耐高溫合金力學性能優異，具有耐高溫、耐磨損、抗氧化、抗拉伸、性能穩定等特點。
2、本發明的耐高溫合金生產工藝簡單、易于操作和控制，所使用的原料環保，對環境污染小。
具體實施方式
下面，通過具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。
除特別說明外，本發明的原料的重量份為每份1kg。
實施例1
一種耐高溫合金，主要由如下重量份的原料制成：鎳粉12份、鋁粉10份、鐵粉0.5份、鉻粉5份、鈮粉5份、鈰粉3份、鎢粉1份、鉬粉1份、鎂粉0.15份、坦粉0.5份、碳粉0.01份、硼粉0.001份、二鹽基亞磷酸鉛1.5份、表面活性劑0.4份、粘結劑0.2份、助熔劑0.3份和抗氧化劑0.2份。
其中，所述表面活性劑為芥酸酰胺；所述粘結劑為聚乙烯醇縮醛；所述助熔劑為氧化鈣；所述抗氧化劑為磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成。
本發明實施例還提供一種制備耐高溫合金的方法，該方法包括如下步驟：
(1)按上述重量份稱取各原料；
(2)將所述鎳粉、鋁粉、鐵粉、鉻粉、鈮粉、鈰粉、鎢粉、鉬粉、鎂粉、坦粉、碳粉和硼粉依次放入攪拌球磨機中進行攪拌研磨，所述球磨機的攪拌速度為450rpm，攪拌30min后得到混合料，將所述混合料進行真空中頻感應熔煉、澆注鑄錠、碾碎成納米合金粉；
(3)將步驟(2)獲得的納米合金粉與所述二鹽基亞磷酸鉛、芥酸酰胺、聚乙烯醇縮醛、氧化鈣及由磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成的抗氧化劑混合，然后加入20份水，在600℃下，攪拌3h，得到混合液；
(4)將步驟(3)獲得的混合液過濾、干燥，過濾的目數為30目，干燥溫度為85℃，制成合金混合料粒；
(5)將所述合金混合料粒通過雙螺旋桿擠出機，在熔融溫度為480℃中熔融擠出，制成合金毛坯；
(6)將所述合金毛坯放入燒結爐進行燒結成型，燒結成型時的燒結溫度為1500℃，燒結壓力為10Mpa，燒結時間為40min。
采用上述方法制得的合金具有耐高溫、耐磨損、抗氧化、抗拉伸、性能穩定等特點。
實施例2
一種耐高溫合金，主要由如下重量份的原料制成：鎳粉20份、鋁粉18份、鐵粉1.5份、鉻粉15份、鈮粉10份、鈰粉8份、鎢粉4份、鉬粉3份、鎂粉0.25份、坦粉1.8份、碳粉0.1份、硼粉0.008份、二鹽基亞磷酸鉛3.5份、表面活性劑0.9份、粘結劑0.7份、助熔劑1.2份和抗氧化劑0.5份。
其中，所述表面活性劑為石蠟；所述粘結劑為聚碳酸醋；所述助熔劑為二氧化硅；所述抗氧化劑為磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成。
本發明實施例還提供一種制備耐高溫合金的方法，該方法包括如下步驟：
(1)按上述重量份稱取各原料；
(2)將所述鎳粉、鋁粉、鐵粉、鉻粉、鈮粉、鈰粉、鎢粉、鉬粉、鎂粉、坦粉、碳粉和硼粉依次放入攪拌球磨機中進行攪拌研磨，所述球磨機的攪拌速度為500rpm，攪拌45min后得到混合料，將所述混合料進行真空中頻感應熔煉、澆注鑄錠、碾碎成納米合金粉；
(3)將步驟(2)獲得的納米合金粉與所述二鹽基亞磷酸鉛、石蠟、聚碳酸醋、二氧化硅及由磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成的抗氧化劑混合，然后加入25份水，在850℃下，攪拌5h，得到混合液；
(4)將步驟(3)獲得的混合液過濾、干燥，過濾的目數為60目，干燥溫度為100℃，制成合金混合料粒；
(5)將所述合金混合料粒通過雙螺旋桿擠出機，在熔融溫度為600℃中熔融擠出，制成合金毛坯；
(6)將所述合金毛坯放入燒結爐進行燒結成型，燒結成型時的燒結溫度為1530℃，燒結壓力為11Mpa，燒結時間為120min。
采用上述方法制得的合金具有耐高溫、耐磨損、抗氧化、抗拉伸、性能穩定等特點。
實施例3
一種耐高溫合金，主要由如下重量份的原料制成：鎳粉13份、鋁粉12份、鐵粉0.7份、鉻粉7份、鈮粉6份、鈰粉4份、鎢粉1.5份、鉬粉1.5份、鎂粉0.16份、坦粉0.6份、碳粉0.03份、硼粉0.002份、二鹽基亞磷酸鉛2份、表面活性劑0.5份、粘結劑0.3份、助熔劑0.4份和抗氧化劑0.3份。
其中，所述表面活性劑為油酸；所述粘結劑為聚乙烯醇縮醛；所述助熔劑為溴化鋰；所述抗氧化劑為磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成。
本發明實施例還提供一種制備耐高溫合金的方法，該方法包括如下步驟：
(1)按上述重量份稱取各原料；
(2)將所述鎳粉、鋁粉、鐵粉、鉻粉、鈮粉、鈰粉、鎢粉、鉬粉、鎂粉、坦粉、碳粉和硼粉依次放入攪拌球磨機中進行攪拌研磨，所述球磨機的攪拌速度為450rpm，攪拌30min后得到混合料，將所述混合料進行真空中頻感應熔煉、澆注鑄錠、碾碎成納米合金粉；
(3)將步驟(2)獲得的納米合金粉與所述二鹽基亞磷酸鉛、油酸、聚乙烯醇縮醛、溴化鋰及由磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成的抗氧化劑混合，然后加入20份水，在600℃下，攪拌3h，得到混合液；
(4)將步驟(3)獲得的混合液過濾、干燥，過濾的目數為30目，干燥溫度為85℃，制成合金混合料粒；
(5)將所述合金混合料粒通過雙螺旋桿擠出機，在熔融溫度為480℃中熔融擠出，制成合金毛坯；
(6)將所述合金毛坯放入燒結爐進行燒結成型，燒結成型時的燒結溫度為1500℃，燒結壓力為10Mpa，燒結時間為40min。
采用上述方法制得的合金具有耐高溫、耐磨損、抗氧化、抗拉伸、性能穩定等特點。
實施例4
一種耐高溫合金，主要由如下重量份的原料制成：鎳粉18份、鋁粉16份、鐵粉1.2份、鉻粉12份、鈮粉9份、鈰粉7份、鎢粉3.5份、鉬粉2.5份、鎂粉0.23份、坦粉1.5份、碳粉0.07份、硼粉0.007份、二鹽基亞磷酸鉛3份、表面活性劑0.8份、粘結劑0.6份、助熔劑1.1份和抗氧化劑0.4份。
其中，所述表面活性劑為油酸與壬基酚聚氧乙烯醚按重量比1:1混合組成；所述粘結劑為聚碳酸醋；所述助熔劑為氧化鈣與溴化鋰混合組成；所述抗氧化劑為磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成。
本發明實施例還提供一種制備耐高溫合金的方法，該方法包括如下步驟：
(1)按上述重量份稱取各原料；
(2)將所述鎳粉、鋁粉、鐵粉、鉻粉、鈮粉、鈰粉、鎢粉、鉬粉、鎂粉、坦粉、碳粉和硼粉依次放入攪拌球磨機中進行攪拌研磨，所述球磨機的攪拌速度為500rpm，攪拌45min后得到混合料，將所述混合料進行真空中頻感應熔煉、澆注鑄錠、碾碎成納米合金粉；
(3)將步驟(2)獲得的納米合金粉與所述二鹽基亞磷酸鉛、油酸與壬基酚聚氧乙烯醚混合組成的表面活性劑、聚碳酸醋、氧化鈣與溴化鋰混合組成的助熔劑及由磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成的抗氧化劑混合，然后加入25份水，在850℃下，攪拌5h，得到混合液；
(4)將步驟(3)獲得的混合液過濾、干燥，過濾的目數為60目，干燥溫度為100℃，制成合金混合料粒；
(5)將所述合金混合料粒通過雙螺旋桿擠出機，在熔融溫度為600℃中熔融擠出，制成合金毛坯；
(6)將所述合金毛坯放入燒結爐進行燒結成型，燒結成型時的燒結溫度為1530℃，燒結壓力為11Mpa，燒結時間為120min。
采用上述方法制得的合金具有耐高溫、耐磨損、抗氧化、抗拉伸、性能穩定等特點。
實施例5
一種耐高溫合金，主要由如下重量份的原料制成：鎳粉15份、鋁粉14份、鐵粉0.8份、鉻粉10份、鈮粉8份、鈰粉5份、鎢粉3份、鉬粉2份、鎂粉0.2份、坦粉1.2份、碳粉0.05份、硼粉0.006份、二鹽基亞磷酸鉛2.5份、表面活性劑0.6份、粘結劑0.5份、助熔劑0.8份和抗氧化劑0.35份。
其中，所述表面活性劑為甲基丙烯酸十八酯；所述粘結劑為聚乙烯醇縮醛；所述助熔劑為溴化鋰；所述抗氧化劑為磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成。
本發明實施例還提供一種制備耐高溫合金的方法，該方法包括如下步驟：
(1)按上述重量份稱取各原料；
(2)將所述鎳粉、鋁粉、鐵粉、鉻粉、鈮粉、鈰粉、鎢粉、鉬粉、鎂粉、坦粉、碳粉和硼粉依次放入攪拌球磨機中進行攪拌研磨，所述球磨機的攪拌速度為480rpm，攪拌35min后得到混合料，將所述混合料進行真空中頻感應熔煉、澆注鑄錠、碾碎成納米合金粉；
(3)將步驟(2)獲得的納米合金粉與所述二鹽基亞磷酸鉛、甲基丙烯酸十八酯、聚乙烯醇縮醛、溴化鋰及由磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成的抗氧化劑混合，然后加入23份水，在700℃下，攪拌4h，得到混合液；
(4)將步驟(3)獲得的混合液過濾、干燥，過濾的目數為40目，干燥溫度為90℃，制成合金混合料粒；
(5)將所述合金混合料粒通過雙螺旋桿擠出機，在熔融溫度為550℃中熔融擠出，制成合金毛坯；
(6)將所述合金毛坯放入燒結爐進行燒結成型，燒結成型時的燒結溫度為1520℃，燒結壓力為10.5Mpa，燒結時間為100min。
采用上述方法制得的合金具有耐高溫、耐磨損、抗氧化、抗拉伸、性能穩定等特點。
申請人還對本發明的耐高溫合金的力學性能進行了實驗，實驗數據如下：
實驗組為采用實施例1-5的方案制得的耐高溫合金；對照組采用市場上普通的耐高溫合金，對實驗組與對照組的耐高溫合金的力學性能進行實驗，并將相關數據記錄至表1中。
表1
從表1中可以看出，本實驗組的耐高溫合金的力學性能均優于對照組，如采用實驗組1的方法制備出的合金，在室溫時，實驗組1與對照組的合金相比，屈服強度與抗拉強度均相差無幾，隨著溫度分別升高至780℃、1200℃和1500℃時，實驗組1的屈服強度分別比對照組高58MPa、170MPa和208MPa；抗拉強度分別比對照組高58MPa、170MPahe 140MPa。說明使用本發明制得的耐高溫合金力學性能優異。
上述說明是針對本發明較佳可行實施例的詳細說明，但實施例并非用以限定本發明的專利申請范圍，凡本發明所提示的技術精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應屬于本發明所涵蓋專利范圍。