专利名称：铸造用组织均匀镍-钨-三氧化二钇中间合金制备方法
技术领域：
本发明涉及高温合金材料制备技术，特别提供了一种铸造用组织均匀(细晶粒)
镍-钨-三氧化二钇中间合金制备方法。
背景技术：
高温合金是目前军用和民用航空发动机以及燃气轮机高温零部件不可替代的关
键结构材料，特别是涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘和燃烧室等部件，是一个国家航空航天领 域的基础，在先进的航空发动机中高温合金所占比重高达60%，高温合金的水平在一定程 度上反映了一个国家的国防力量和工业水平。 高温合金的传统强化机理主要有固溶强化、沉淀强化、晶界强化和生产工艺强化 等。在强化工艺中中，氧化物弥散强化是一类与传统高温合金完全不同的高温合金，这一类 合金的主要生产方法是采用机械合金化方法制备，通过机械合金化方法把惰性的氧化物质 点加入到合金粉末中，最后通过烧结的方式制备高温合金。目前最新的氧化物弥散强化合 金的高温持久强度已超过当今认为最优秀的镍基铸造高温合金，在美国、英国、法国、德国 和日本等国家已经可以批量生产。因此，这一类合金的具有非常好的发展前景，但是也存在 一定的不足之处，如工艺过程复杂、生产成本高、设备昂贵、产品单一等。 相对来说，铸造高温合金具有工艺简单、成本低、设备相对简单、可生产各种复杂 形状的高温合金铸件。可是，在采用铸造方式生产氧化物弥散高温合金还存在许多困难，特 别是在铸造用氧化物中间合金方面还有许多问题难以解决，铸造合金一般具有遗传性，组 织均匀镍_钨_三氧化二钇中间合金是理想的中间合金，如何制备是急需解决的课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种铸造用组织均匀(细晶粒)镍-钨-三氧化二钇中间合 金的制备方法； 本发明提供了一种铸造用组织均匀镍_钨_三氧化二钇中间合金的制备方法，其 特征在于 第一步制备成分均匀的镍-钨-三氧化二钇复合粉末，具体为 将可溶性的镍盐、钨盐、钇盐制成溶液； 然后将上述溶液制成前驱体粉末； 将上述前驱体粉末焙解为氧化物复合粉末； 再将氧化物复合粉末还原成镍_钨_三氧化二钇复合粉末； 第二步将镍-钨-三氧化二钇复合粉末进行成型，然后在保护性气氛下进行烧 结，最后冷却到室温，得到组织均匀镍_鸨_三氧化二钇中间合金。 本发明所述组织均匀镍_钨_三氧化二钇中间合金的制备方法中，所使用的镍盐 具体为可溶性的硝酸盐、盐酸盐、硫酸盐这三类之一或其组合，钇盐为硝酸盐，鸨盐为偏鸨
酸氨。(可溶性的镍盐、钨盐、钇盐在水溶液中应不发生任何化学反应。)
本发明所述组织均匀镍-钨-三氧化二钇中间合金的制备方法中包括下述的内 容 将由可溶性的镍盐、钨盐、钇盐溶液制得的前驱体粉末焙解为氧化物复合粉末的 焙解过程具体分为二步焙解第一步是缓慢低温焙解，焙解温度为200°C 60(TC，焙解时 间2 4小时；第二步是高温焙解，焙解温度650°C 78(TC，焙解时间1 2小时。
将由可溶性的镍盐、钨盐、钇盐溶液制得的前驱体粉末焙解为氧化物复合粉末的 焙解过程在空气气氛下进行，以保证氧化反应的彻底完成。 将所述各类氧化物复合粉末还原为镍_钨_三氧化二钇复合粉末的具体要求是 在还原性气氛下进行；所述还原过程具体采用依次进行的两步还原方式第一步，还原温
度为600°C 63(TC，保温时间1 3小时；第二步，还原温度为700°C 75(TC，保温时间 1 3小时。 将所述各类氧化物复合粉末还原为镍_钨_三氧化二钇复合粉末是还应满足下述 具体要求还原气体为高纯度氢气或分解氨气或高纯度氢气与氮气的混合气体；还原性气 体的流量控制在5 50ml/min. cm2。 将所述各类氧化物复合粉末还原为镍_钨_三氧化二钇复合粉末是还应满足下述 具体要求氧化物粉末的还原可采用高纯度氢气；或者采用高纯度氢气与高纯度氮气的混 合气体，其中，氢气与氮气的比例为1 : 1 1 : 5之间。 将所述各类氧化物复合粉末还原为镍_钨_三氧化二钇复合粉末时，具体采用连 续式气氛保护管式炉或者间歇式气氛保护管式炉。 本发明中，所述组织均匀镍-钨-三氧化二钇中间合金的制备方法还包括如下内 容将镍_钨_三氧化二钇复合粉末进行成型，然后在还原性气氛下进行等温烧结，冷却到 室温后取出，制得均匀的镍钨基三氧化二钇中间合金。 本发明中，所述组织均匀镍_钨_三氧化二钇中间合金的制备方法应满足下述要 求 1)将经过还原反应后得到的镍_钨_三氧化二钇复合粉末进行成型方式为模压 或冷等静压成型； 2)素坯在还原性气氛下进行等温烧结的要求是148(TC 160(TC等温烧结；
3)保温时间为1 3小时； 4)保温烧结结束后，随炉保温冷却到室温，取出即可； 5)合金烧结采用连续式气氛保护管式炉，也可采用间歇式气氛保护管式炉；
6)烧结还原性保护性气氛具体为高纯度氢气，或者是高纯度氢气与高纯度氮气的
混合气体，其中氢气与氮气的比例为i:i i:5之间； 7)还原性气体的流量要求控制在5 50ml/min. cm2。 本发明可以用于氧化物弥散强化镍基合金的制备，具体可以采用铸造方法首先 将镍基合金所需其它原料熔化，然后向液态合金中加入平均密度相对较大的镍_钨_三氧 化二钇中间合金，从而制得氧化物弥散强化的镍基合金。 本发明所制备得到的组织均匀镍_钨_三氧化二钇中间合金具有均匀的细晶粒， 晶粒细小，技术效果远好于现有技术。本发明具有可预见的巨大的经济价值和社会价值。
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明
图1为10% Y203中间合金微观组织；
图2为5 % Y203中间合金微观组织。
具体实施方式
实施例1 将可溶性的镍盐、鸨盐、钇盐制成溶液，可溶性的镍盐、鸨盐、钇盐的水溶液相互间
应不发生任何化学反应，具体为硝酸镍，硝酸钇和偏钨酸氨，成分配比为Ni : w : y2o3 = 9 : 81 : io(质量比)，将上述溶液用高温雾化干燥方法制成镍钨钇盐的前驱体粉末，雾化
干燥采用离心雾化干燥形式，然后将上述镍钨钇盐前驱体粉末焙解为镍钨钇氧化物复合粉
末；焙解过程分为二步焙解第一步是缓慢低温焙解，焙解温度为35(TC，焙解时间3小时， 第二步是高温焙解，焙解温度75(TC，焙解时间2小时，前驱体粉末焙解在空气气氛下进行， 保证氧化反应的彻底完成；将上述镍钨钇氧化物复合粉末在氢气气氛下还原为镍钨三氧化 二钇复合粉末；所述还原过程可以采用为二步还原，第一步还原温度为63(TC，保温时间3 小时，第二步还原温度为75(TC，保温时间3小时，还原气体为高纯度氢气；还原性气体的流 量可控制在20ml/min. cm2 ;还原氧化物复合粉末采用连续式气氛保护管式炉。
制备镍基三氧化二钇中间合金的工艺过程如下首先将雾化干燥法加还原法制备 的复合粉末用模压成型方式进行成型，在还原性气氛下进行等温烧结，烧结温度为1500°C， 保温时间为1小时；烧结还原性保护性气氛采用高纯度氢气与高纯度氮气的混合气体，氢 气与氮气的比例为1 : 2，还原性气体的流量为20ml/min. cm2 ;合金烧结采用连续式气氛保 护管式炉，保温烧结结束后，随炉保温冷却到室温，最后制备均匀的镍基三氧化二钇中间合 金，合金微观组织见图1。
实施例2 将可溶性的镍盐、钨盐、钇盐制成溶液，具体为硝酸镍，硝酸钇和偏钨酸氨，成分配
比为Ni : w : y2o3 = 9.5 : 85.5 : 5(质量比)，将上述溶液用高温雾化干燥方法制成镍
钨钇盐的前驱体粉末，雾化干燥采用离心雾化干燥形式，然后将上述镍钨钇盐前驱体粉末 焙解为镍钨钇氧化物复合粉末；焙解过程分为二步焙解第一步是缓慢低温焙解，焙解温 度为450°C ，焙解时间3小时，第二步是高温焙解，焙解温度750°C ，焙解时间2小时，前驱体 粉末焙解在空气气氛下进行，保证氧化反应的彻底完成；将上述镍钨钇氧化物复合粉末在 氢气气氛下还原为镍钨三氧化二钇复合粉末；所述还原过程可以采用为二步还原，第一步 还原温度为63(TC，保温时间2小时，第二步还原温度为75(TC，保温时间2小时，还原气体 为高纯度氢气；还原性气体的流量可控制在15ml/min. cm2 ;还原氧化物复合粉末采用连续 式气氛保护管式炉。 制备镍基三氧化二钇中间合金的工艺过程如下首先将雾化干燥法加还原法制备 的复合粉末用模压成型方式进行成型，在还原性气氛下进行等温烧结，烧结温度为1550°C， 保温时间为1小时；烧结还原性保护性气氛采用高纯度氢气，流量为15ml/min. cn^，合金烧 结采用连续式气氛保护管式炉；保温烧结结束后，随炉保温冷却到室温，最后得到镍钨基三 氧化二钇中间合金，合金微观组织见图2。
实施例3 将可溶性的镍盐、鸨盐、钇盐制成溶液，可溶性的镍盐、鸨盐、钇盐的水溶液相互
间应不发生任何化学反应。具体为硝酸镍，硝酸钇和偏钨酸氨，成分配比为Ni : w : y2o3
=9.2 : 82.8 : 8(质量比)，将上述溶液用离心雾化干燥方法制成镍钨钇盐的前驱体粉 末，然后将上述镍钨钇盐前驱体粉末焙解为镍钨钇氧化物复合粉末；焙解过程分为二步焙 解第一步是缓慢低温焙解，焙解温度为40(TC，焙解时间3小时，第二步是高温焙解，焙解 温度75(TC，焙解时间2小时，前驱体粉末焙解在空气气氛下进行，保证氧化反应的彻底完 成；将上述镍钨钇氧化物复合粉末在氢气气氛下还原为镍钨三氧化二钇复合粉末；所述还 原过程可以采用为二步还原，第一步还原温度为630°C ，保温时间2小时，第二步还原温度 为750°C ，保温时间2小时，还原气体为高纯度氢气；还原性气体的流量可控制在30ml/min. cm2 ;还原氧化物复合粉末采用连续式气氛保护管式炉。 制备镍基三氧化二钇中间合金的工艺过程如下首先将雾化干燥法加还原法制备 的复合粉末用模压成型方式进行成型，在还原性气氛下进行等温烧结，烧结温度为1520°C， 保温时间为1小时；烧结还原性保护性气氛采用高纯度氢气与高纯度氮气的混合气体，氢 气与氮气的比例为1 : l，还原性气体的流量为15ml/min. cm2 ;合金烧结采用连续式气氛保 护管式炉，保温烧结结束后，随炉保温冷却到室温，最后制备均匀的镍钨基三氧化二钇中间
权利要求
铸造用组织均匀镍-钨-三氧化二钇中间合金的制备方法，其特征在于所述组织均匀镍-钨-三氧化二钇中间合金的制备方法第一步制备成分均匀的镍-钨-三氧化二钇复合粉末，具体为将可溶性的镍盐、钨盐、钇盐制成溶液；然后将上述溶液制成前驱体粉末；将上述前驱体粉末焙解为氧化物复合粉末；再将氧化物复合粉末还原成镍-钨-三氧化二钇复合粉末；第二步将镍-钨-三氧化二钇复合粉末进行成型，然后在保护性气氛下进行烧结，最后冷却到室温，得到组织均匀镍-钨-三氧化二钇中间合金。
2. 按照权利要求1所述组织均匀镍_钨_三氧化二钇中间合金的制备方法，其特征在于所述组织均匀镍_钨_三氧化二钇中间合金的制备方法中，所使用的镍盐具体为可溶性的硝酸盐、盐酸盐、硫酸盐三类之一或其组合，钇盐为硝酸盐，钨盐为偏钨酸氨；可溶性的镍盐、钨盐、钇盐在水溶液中应不发生任何化学反应。
3. 按照权利要求2所述组织均匀镍_钨_三氧化二钇中间合金的制备方法，其特征在于将由可溶性的镍盐、钨盐、钇盐溶液制得的前驱体粉末焙解为氧化物复合粉末的焙解过程具体分为二步焙解第一步是缓慢低温焙解，焙解温度为200°C 60(TC，焙解时间2 4小时；第二步是高温焙解，焙解温度650°C 78(TC，焙解时间1 2小时。
4. 按照权利要求3所述组织均匀镍_钨_三氧化二钇中间合金的制备方法，其特征在于将由可溶性的镍盐、钨盐、钇盐溶液制得的前驱体粉末焙解为氧化物复合粉末的焙解过程在空气气氛下进行，以保证氧化反应的彻底完成。
5. 按照权利要求1 4其中之一所述组织均匀镍-钨-三氧化二钇中间合金的制备方法，其特征在于将所述各类氧化物复合粉末还原为镍-钨-三氧化二钇复合粉末的具体要求是在还原性气氛下进行；所述还原过程具体采用依次进行的两步还原方式第一步，还原温度为600°C 63(TC，保温时间1 3小时；第二步，还原温度为700°C 75(TC，保温时间1 3小时。
6. 按照权利要求5所述组织均匀镍_钨_三氧化二钇中间合金的制备方法，其特征在于将所述各类氧化物复合粉末还原为镍_钨_三氧化二钇复合粉末是还应满足下述具体要求还原气体为高纯度氢气或分解氨气或高纯度氢气与高纯度氮气的混合气体；还原性气体的流量控制在5 50ml/min. cm2。
7. 按照权利要求6所述组织均匀镍_钨_三氧化二钇中间合金的制备方法，其特征在于将所述各类氧化物复合粉末还原为镍_钨_三氧化二钇复合粉末是还应满足下述具体要求氧化物粉末的还原可采用高纯度氢气或分解氨气或者采用高纯度氢气与高纯度氮气的混合气体，其中，氢气与氮气的比例为i : i i : 5之间。
8. 按照权利要求7所述组织均匀镍_钨_三氧化二钇中间合金的制备方法，其特征在于将所述各类氧化物复合粉末还原为镍-钨-三氧化二钇复合粉末时，具体采用连续式气氛保护管式炉或者间歇式气氛保护管式炉。
9. 按照权利要求1 4其中之一所述组织均匀镍-钨-三氧化二钇中间合金的制备方法，其特征在于所述方法还包括如下内容首先将经过还原反应后得到的镍_钨_三氧化二钇复合粉末进行成型，然后在还原性气氛下进行等温烧结，冷却到室温后，制得均匀的镍钨基三氧化二钇中间合金。
10. 按照权利要求9所述组织均匀镍_钨_三氧化二钇中间合金的制备方法，其特征在于所述方法还满足下述要求1) 将经过还原反应后得到的镍-钨-三氧化二钇复合粉末成型方式为模压或冷等静压；2) 然后在还原性气氛下进行等温烧结的要求是148(TC 160(TC等温烧结；3) 保温时间为1 3小时；4) 保温烧结结束后，随炉保温冷却到室温，取出即可；5) 合金烧结采用连续式气氛保护管式炉，也可采用间歇式气氛保护管式炉；6) 烧结还原性保护性气氛具体为高纯度氢气或分解氨气或者是高纯度氢气与高纯度氮气的混合气体，其中氢气与氮气的比例为i : i i : 5之间；7) 还原性气体的流量要求控制在5 50ml/min. cm2。
全文摘要
铸造用组织均匀镍-钨-三氧化二钇中间合金的制备方法，其特征在于首先将可溶性的镍盐、钨盐、钇盐制成溶液(各盐溶液之间不发生化学反应)；然后将上述溶液制成前驱体粉末；再将上述前驱体粉末焙解为氧化物复合粉末；最后将上述氧化物复合粉末还原为镍-钨-三氧化二钇复合粉末；将该复合粉末进行成型，然后在还原性气氛下进行烧结，冷却后取出，即可制备出镍钨三氧化二钇中间合金。本发明工艺过程较为简单、成本低、技术效果好；具有巨大的经济价值和社会价值。
文档编号C22C1/05GK101724762SQ20081022822
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月22日 优先权日2008年10月22日
发明者刘正, 姜卫国, 毛萍莉, 胡壮麟 申请人:沈阳工业大学