專利名稱：Ni基合金多層板的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金多層板的制備方法。
背景技術(shù)：
鎳基高溫合金作為6 15Ma飛行器金屬熱防護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，必須同時(shí)滿 足充分的機(jī)械強(qiáng)度和良好的抗高溫及熱腐蝕性能，但是單一的鎳基高溫合金薄板通常難以 同時(shí)滿足上述全部性能要求，且不能長(zhǎng)期應(yīng)用于700°C以上的氧化環(huán)境中，使其應(yīng)用范圍受 到了限制。Ni-Al基金屬間化合物的比重比Ni更低，具有較高的使用溫度、高溫強(qiáng)度、較好 的抗氧化性能、抗蠕變性能、抗疲勞性能和較高的彈性模量，但是單一的Ni-Al金屬間化合 物存在室溫脆性、可加工性差等缺點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了它的應(yīng)用。 目前，制備多層板的方法主要有重復(fù)壓縮+扎制法、等離子噴涂、電沉積、磁控濺 射等。但是由于設(shè)備昂貴、方法復(fù)雜、污染大、周期長(zhǎng)、平整度較差等問(wèn)題，限制了他們的應(yīng) 用，而且不可以對(duì)薄板的特定部位進(jìn)行處理，無(wú)法形成微區(qū)多層板結(jié)構(gòu)，還會(huì)由于科肯達(dá)爾 效應(yīng)，在多層結(jié)構(gòu)的界面常常形成空洞缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有單一的鎳基高溫合金不能應(yīng)用于100(TC以上的氧化環(huán)境 中；單一的Ni-Al金屬間化合物存在室溫脆性大和可加工性差；現(xiàn)有制備多層板的方法存 在諸多缺陷的問(wèn)題，而提供了 Ni基合金多層板的制備方法。 Ni基合金多層板的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、采用800#砂紙預(yù)磨Ni基合金 薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗2 6min，再將A1C13粉末或NH4C1粉末按每平 方厘米0. 1 0. 5g的比例涂覆到Ni基合金薄板的表面，得試件；二、然后用鋁箔將試件包 覆起來(lái)，并施加0 IMPa的壓力，然后置于燒結(jié)爐中，在氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為 500 90(TC的條件下滲鋁處理0. 1 6h ;三、將滲鋁處理后的試件置于氬氣氣氛、氫氣氣 氛或真空、溫度為1000 1300°C的條件熱處理O. 5 12h，即完成Ni基合金多層板的制備； 步驟一中Ni基合金薄板的厚度為0. 1 0. 5mm，Ni基合金薄板的晶粒尺寸小于1 P m ;步驟 二中真空條件的真空度為0. 1 10Pa ;步驟二中鋁箔的單層厚度為10 200 ii m ;步驟二中 包覆的鋁箔為1 5層。 Ni基合金多層板的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、采用800#砂紙預(yù)磨Ni基合金 薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗2 6min，得試件；二、采用體積濃度為5 10%的HC1擦拭鋁箔，然后用鋁箔將試件包覆起來(lái)，并施加0 lMPa的壓力，然后置于燒 結(jié)爐中，在氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為500 90(TC的條件下滲鋁處理0. 1 6h ; 三、將滲鋁處理后的試件置于氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為1000 130(TC的條件熱 處理0. 5 12h，即完成Ni基合金多層板的制備；步驟一中Ni基合金薄板的厚度為0. 1 0. 5mm，Ni基合金薄板的晶粒尺寸小于1 P m ;步驟二中真空條件的真空度為0. 1 10Pa ;步 驟二中鋁箔的單層厚度為10 200 ii m ;步驟二中包覆的鋁箔為1 5層。
本發(fā)明利用鎳基高溫合金作為中間層的韌化相，Ni-Al金屬間化合物作為表面層 的抗氧化相，制備Ni基合金多層板結(jié)構(gòu)，不但提高了其抗氧化性能，而且由于界面效應(yīng)，還 同時(shí)提高了其強(qiáng)度，室溫脆性小和可加工性好。本發(fā)明制備的Ni基合金多層板在氧化環(huán)境 中的使用溫度達(dá)1000 110(TC。本發(fā)明所用設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，成本低，無(wú)污染，周期短， 并且可以對(duì)薄板的特定部位進(jìn)行處理，形成微區(qū)多層板結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明采用的Ni基合金薄板為晶粒尺寸小于10 m的細(xì)晶材料，可以避免科肯達(dá) 爾效應(yīng)在多層結(jié)構(gòu)的層界面形成空洞。 本發(fā)明制備Ni基合金多層板，在滲鋁的過(guò)程中可以根據(jù)Ni基合金薄板的厚度及 熱處理時(shí)間長(zhǎng)短等因素，調(diào)節(jié)施加壓力，使薄板在滲鋁后不會(huì)產(chǎn)生變形(在薄板厚度大，且 滲鋁處理時(shí)間短的情況，可以不施加壓力)，平整度較好，而且用鋁箔包覆滲鋁對(duì)試樣的尺 寸大小不受限制(可以根據(jù)需要對(duì)試件的特定區(qū)域進(jìn)行微區(qū)滲鋁，而不進(jìn)行整體滲鋁)，滲 鋁過(guò)程中A1C13或NH4C1催化劑在高溫下為氣態(tài)，滲鋁過(guò)程順利，薄板的表面平整，不與鋁箔 發(fā)生粘連，表面光潔度較高，同時(shí)設(shè)備不會(huì)受到浸蝕。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的
任意組合。 具體實(shí)施方式
一 本實(shí)施方式Ni基合金多層板的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、 采用800#砂紙預(yù)磨Ni基合金薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗2 6min，再將 A1C13粉末或NH4C1粉末按每平方厘米0. 1 0. 5g的比例涂覆到Ni基合金薄板的表面，得 試件；二、然后用鋁箔將試件包覆起來(lái)，并施加0 IMPa的壓力，然后置于燒結(jié)爐中，在氬氣 氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為500 900°C的條件下滲鋁處理0. 1 6h ;三、將滲鋁處理后 的試件置于氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為1000 130(TC的條件熱處理0. 5 12h，即 完成Ni基合金多層板的制備；步驟一中Ni基合金薄板的厚度為0. 1 0. 5mm，Ni基合金薄 板的晶粒尺寸小于1 P m ;步驟二中真空條件的真空度為0. 1 10Pa ;步驟二中鋁箔的單層 厚度為10 200iim;步驟二中包覆的鋁箔為1 5層。
本實(shí)施方式步驟一中預(yù)磨目的是去除Ni基合金上的氧化層。
本實(shí)施方式步驟一中Ni基合金薄板是采用電子束物力氣相沉積技術(shù)制得。
本實(shí)施方式步驟一中A1C13粉末或NH4C1粉末是作為滲鋁催化劑。
本實(shí)施方式步驟二中滲鋁采用現(xiàn)有常規(guī)滲鋁技術(shù)。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中超聲波清洗 3 5min。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中超聲波清洗 4min。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二或三不同的是步驟一中Ni基合 金薄板的厚度為0. 2 0. 4mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二或三相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二或三不同的是步驟一 Ni基合金 薄板的厚度為0. 3mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二或三相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五不同的是步驟二中鋁箔的單層厚度為20 180iim。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五不同的是步驟二中鋁箔的單層厚 度為100 ym。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六或七不同的是步驟二中施加 OMPa的壓力。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六或七相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八不同的是步驟二中在氬氣氣氛、 溫度為50(TC的條件下滲鋁處理30min。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
八相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
九不同的是步驟二中將滲鋁處理后 的試件置于氫氣氣氛、溫度為110(TC的條件熱處理2h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
九 相同。
具體實(shí)施方式
i^一 本實(shí)施方式Ni基合金多層板的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn) 一、采用800#砂紙預(yù)磨Ni基合金薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗2 6min，得 試件；二、采用體積濃度為5 10%的HC1擦拭鋁箔，然后用鋁箔將試件包覆起來(lái)，并施加 0 lMPa的壓力，然后置于燒結(jié)爐中，在氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為500 900°C的 條件下滲鋁處理O. 1 6h ;三、將滲鋁處理后的試件置于氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度 為1000 130(TC的條件熱處理0. 5 12h，即完成Ni基合金多層板的制備；步驟一中Ni 基合金薄板的厚度為0. 1 0. 5mm， Ni基合金薄板的晶粒尺寸小于1 P m ;步驟二中真空條 件的真空度為0. 1 10Pa ;步驟二中鋁箔的單層厚度為10 200 ii m ;步驟二中包覆的鋁箔 為1 5層。 本實(shí)施方式步驟二中采用HC1擦拭鋁箔，反應(yīng)后即形成AlCl3，作為滲鋁催化劑。
本實(shí)施方式步驟二中擦拭鋁箔目的是溶解表面氧化層。
本實(shí)施方式步驟二中滲鋁采用現(xiàn)有常規(guī)滲鋁技術(shù)。
具體實(shí)施方式
十一 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十不同的是步驟一中超聲波清洗 5min。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
i^一不同的是步驟一中Ni基合 金薄板的厚度為0. 2mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十一相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十二不同的是步驟二中施加 0. 01 lMPa的壓力。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十二相同。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十三不同的是步驟二在氬氣氣 氛、溫度為60(TC的條件下滲鋁處理10min。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十三相同。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十三不同的是步驟二在氫氣氣 氛、溫度為70(TC的條件下滲鋁處理2h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十三相同。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式Ni基合金多層板的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)
一、 采用800#砂紙預(yù)磨Ni基合金薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗3min，再將 A1C13粉末或NH4C1粉末按每平方厘米0. 2g的比例涂覆到Ni基合金薄板的表面，得試件；
二、 然后用鋁箔將試件包覆起來(lái)，并施加OMPa的壓力，然后置于燒結(jié)爐中，在氬氣氣氛、溫 度為50(TC的條件下滲鋁處理6h ;三、將滲鋁處理后的試件置于氬氣氣氛、溫度為IOO(TC的 條件熱處理12h，即完成Ni基合金多層板的制備；步驟一中Ni基合金薄板的厚度為0. 2mm， Ni基合金薄板的晶粒尺寸小于1 P m ;步驟二中鋁箔的單層厚度為100 ii m ;步驟二中包覆的鋁箔為1層。 本實(shí)施方式所得Ni基合金多層板，經(jīng)測(cè)試，在氧化環(huán)境中的使用溫度達(dá)IOO(TC。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式Ni基合金多層板的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)
一、 采用800ft砂紙預(yù)磨Ni基合金薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗4min，得試件；
二、 采用體積濃度為10X的HC1擦拭鋁箔，然后用鋁箔將試件包覆起來(lái)，并施加0. 8MPa的壓 力，然后置于燒結(jié)爐中，在氫氣氣氛、溫度為80(TC的條件下滲鋁處理0. 5h ;三、將滲鋁處理 后的試件置于氫氣氣氛、溫度為120(TC的條件熱處理lh，即完成Ni基合金多層板的制備； 步驟一中Ni基合金薄板的厚度為0. 3mm，Ni基合金薄板的晶粒尺寸小于1 P m ;步驟二中鋁 箔的單層厚度為150 ii m ;步驟二中包覆的鋁箔為3層。 本實(shí)施方式所得Ni基合金多層板，經(jīng)測(cè)試，在氧化環(huán)境中的使用溫度達(dá)IIO(TC。
權(quán)利要求
Ni基合金多層板的制備方法，其特征在于Ni基合金多層板的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、采用800#砂紙預(yù)磨Ni基合金薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗2～6min，再將AlCl3粉末或NH4Cl粉末按每平方厘米0.1～0.5g的比例涂覆到Ni基合金薄板的表面，得試件；二、然后用鋁箔將試件包覆起來(lái)，并施加0～1MPa的壓力，然后置于燒結(jié)爐中，在氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為500～900℃的條件下滲鋁處理0.1～6h；三、將滲鋁處理后的試件置于氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為1000～1300℃的條件熱處理0.5～12h，即完成Ni基合金多層板的制備；步驟一中Ni基合金薄板的厚度為0.1～0.5mm，Ni基合金薄板的晶粒尺寸小于1μm；步驟二中真空條件的真空度為0.1～10Pa；步驟二中鋁箔的單層厚度為10～200μm；步驟二中包覆的鋁箔為1～5層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ni基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟一中超聲波清洗3 5min。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的Ni基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟一中Ni基合金薄板的厚度為0. 2 0. 4mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的Ni基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟二中在氬氣氣氛、溫度為50(TC的條件下滲鋁處理30min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的Ni基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟二中將滲鋁處理后的試件置于氫氣氣氛、溫度為110(TC的條件熱處理2h。
6. Ni基合金多層板的制備方法，其特征在于Ni基合金多層板的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、采用800#砂紙預(yù)磨Ni基合金薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗2 6min，得試件；二、采用體積濃度為5 10%的HC1擦拭鋁箔，然后用鋁箔將試件包覆起來(lái)，并施加0 lMPa的壓力，然后置于燒結(jié)爐中，在氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為500 90(TC的條件下滲鋁處理0. 1 6h ;三、將滲鋁處理后的試件置于氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為1000 130(TC的條件熱處理0. 5 12h，即完成Ni基合金多層板的制備；步驟一中Ni基合金薄板的厚度為0. 1 0. 5mm，Ni基合金薄板的晶粒尺寸小于1 P m ;步驟二中真空條件的真空度為0. 1 10Pa ;步驟二中鋁箔的單層厚度為10 200 ii m ;步驟二中包覆的鋁箔為1 5層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的Ni基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟一中超聲波清洗5min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的Ni基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟一中Ni基合金薄板的厚度為0. 2mm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的Ni基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟二在氬氣氣氛、溫度為60(TC的條件下滲鋁處理10min。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的Ni基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟二在氫氣氣氛、溫度為70(TC的條件下滲鋁處理2h。
全文摘要
Ni基合金多層板的制備方法，它涉及合金多層板的制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有單一的鎳基高溫合金不能應(yīng)用于1000℃以上的氧化環(huán)境中；單一的Ni-Al金屬間化合物存在室溫脆性大和可加工性差；現(xiàn)有制備多層板的方法存在諸多缺陷的問(wèn)題。方法預(yù)磨合金，超聲波清洗，涂覆AlCl3粉末或NH4Cl粉末，或者采用HCl擦拭鋁箔，然后鋁箔包覆，進(jìn)行滲鋁處理，再熱處理，即完成。本發(fā)明Ni基合金多層板，室溫脆性小和可加工性好，在氧化環(huán)境中的使用溫度達(dá)1000～1100℃。本發(fā)明所用設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，成本低，無(wú)污染，周期短，并且可以對(duì)薄板的特定部位進(jìn)行處理，形成微區(qū)多層板結(jié)構(gòu)，平整度較好，且避免了層界面形成空洞。
文檔編號(hào)C23C10/02GK101748359SQ20101030072
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者何飛, 盧亮, 孫躍, 宋廣平, 曾崗, 李明偉, 赫曉東, 趙軼杰 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)