本發(fā)明涉及合金材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種航空用超耐熱納米合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

在航空制造發(fā)展的過程中，材料的更新?lián)Q代呈現(xiàn)出高速的更迭變換，材料和飛機(jī)一直在相互推動下不斷發(fā)展?！耙淮牧?，一代飛機(jī)”正是世界航空發(fā)展史的一個(gè)真實(shí)寫照。

預(yù)計(jì)全球客機(jī)數(shù)量年均增長率為3.6%，到2029年，全球客機(jī)數(shù)量將近35000架。未來幾年中國飛機(jī)制造行業(yè)對航空材料的需求將迅速增長。根據(jù)中國航空工業(yè)第一集團(tuán)公司預(yù)測，到2025年，國內(nèi)航空運(yùn)輸飛機(jī)擁有量將達(dá)到3900架，其中大型客機(jī)將達(dá)2000架。這將使中國成為僅次于美國的全球第二大航空市場。

耐熱合金合金又稱高溫合金，它對于在高溫條件下的工業(yè)部門和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域有著重大的意義。

未來20年，亞太地區(qū)將繼續(xù)在全球空運(yùn)市場中占主導(dǎo)地位，亞太地區(qū)航空公司運(yùn)營的專用貨機(jī)機(jī)隊(duì)將增長4倍，達(dá)到1056架的規(guī)模。另外在發(fā)展太空探索科技領(lǐng)域，對航空材料的需求也在增加。

合金，是由兩種或兩種以上的金屬與金屬或非金屬經(jīng)一定方法所合成的具有金屬特性的物質(zhì)。一般通過熔合成均勻液體和凝固而得。根據(jù)組成元素的數(shù)目，可分為二元合金、三元合金和多元合金。

合金的生成常會改善元素單質(zhì)的性質(zhì)，例如，鋼的強(qiáng)度大于其主要組成元素鎳。合金的物理性質(zhì)，例如密度、反應(yīng)性、楊氏模量、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性可能與合金的組成元素尚有類似之處，但是合金的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度卻通常與組成元素的性質(zhì)有很大不同。這是由于合金與單質(zhì)中的原子排列有很大差異。

少量的某種元素可能會對合金的性質(zhì)造成很大的影響。不同于純凈金屬的是，多數(shù)合金沒有固定的熔點(diǎn)，溫度處在熔化溫度范圍間時(shí)，混合物為固液并存狀態(tài)。因此可以說，合金的熔點(diǎn)比組分金屬低。

鋼鎳是鎳與C、Si、Mn、P、S以及少量的其他元素所組成的合金。其中除Fe外，C的含量對鋼鎳的機(jī)械性能起著主要作用，故統(tǒng)稱為鎳碳合金。它是工程技術(shù)中最重要、用量最大的金屬材料。

一般說，金屬材料的熔點(diǎn)越高，其可使用的溫度限度越高。這是因?yàn)殡S著溫度的升高，金屬材料的機(jī)械性能顯著下降，氧化腐蝕的趨勢相應(yīng)增大，因此，一般的金屬材料都只能在500 ℃～600 ℃下長期工作。能在高于700 ℃的高溫下工作的金屬通稱耐熱合金?！澳蜔帷笔侵钙湓诟邷叵履鼙３肿銐驈?qiáng)度和良好的抗氧化性。

鎳鈷合金能耐1 200 ℃的高溫，可用于噴氣飛機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的構(gòu)件。鎳鈷鐵非磁性耐熱合金在1 200 ℃時(shí)仍具有高強(qiáng)度、韌性好的特點(diǎn)，可用于航天飛機(jī)的部件和原子反應(yīng)堆的控制棒等。尋找符合耐高溫、可長時(shí)間運(yùn)行（10 000 h以上）、耐腐蝕、高強(qiáng)度等要求的合金材料，仍是今后研究的方向。

隨著社會的發(fā)展，航空材料應(yīng)用的越來越廣泛，隨之帶來的是航空合金材料的短缺，和合金材料強(qiáng)度低、抗拉強(qiáng)度低和延伸率低等問題的彰顯，設(shè)計(jì)一種高強(qiáng)度的航空合金材料是非常必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種航空用超耐熱納米合金及其制備方法，解決現(xiàn)有合金材料強(qiáng)度低、耐熱溫度低、延伸率低和硬度低等技術(shù)問題。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種航空用超耐熱納米合金，其原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：鎳100份，硼15-35份，納米二氧化硅1-5份，螢石粉5-25份，鉬4.5-8.5份，納米二氧化鈦1.5-5.5份，鈮為30-70份，鐵0.01-0.05份，鋁1.5-3.5份，鉭0.01-0.2份，鈷65-85份，碳0.01-0.025份，鉛0.01-0.03份，三氧化二硼1-15份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述航空用超耐熱納米合金的原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：鎳100份，硼15份，納米二氧化硅1份，螢石粉5份，鉬4.5份，納米二氧化鈦1.5份，鈮為30份，鐵0.01份，鋁1.5份，鉭0.01份，鈷65份，碳0.01份，鉛0.01份，三氧化二硼1份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述航空用超耐熱納米合金的原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：鎳100份，硼35份，納米二氧化硅5份，螢石粉25份，鉬8.5份，納米二氧化鈦5.5份，鈮為70份，鐵0.05份，鋁3.5份，鉭0.2份，鈷85份，碳0.025份，鉛0.03份，三氧化二硼15份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述航空用超耐熱納米合金的原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：鎳100份，硼20份，納米二氧化硅2份，螢石粉10份，鉬5.5份，納米二氧化鈦2.5份，鈮為40份，鐵0.02份，鋁2份，鉭0.05份，鈷70份，碳0.015份，鉛0.015份，三氧化二硼5份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述航空用超耐熱納米合金的原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：鎳100份，硼30份，納米二氧化硅4份，螢石粉20份，鉬7.5份，納米二氧化鈦4.5份，鈮為60份，鐵0.04份，鋁3份，鉭0.15份，鈷80份，碳0.02份，鉛0.025份，三氧化二硼10份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述航空用超耐熱納米合金的原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：鎳100份，硼25份，納米二氧化硅3份，螢石粉15份，鉬6.5份，納米二氧化鈦3.5份，鈮為50份，鐵0.03份，鋁2.5份，鉭0.1份，鈷75份，碳0.018份，鉛0.02份，三氧化二硼8份。

一種制備所述的航空用超耐熱納米合金的方法，步驟為：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取鎳、硼、納米二氧化硅、螢石粉、鉬、納米二氧化鈦、鈮、鐵、鋁、鉭、鈷、碳、鉛和三氧化二硼；

第二步：將鎳、硼、納米二氧化硅、螢石粉、鉬、納米二氧化鈦和三氧化二硼投入熔煉爐中，升溫至1400-1600℃，熔煉后保溫1-3h；

第三步：加入剩余原料，升溫至1550-1750℃，熔煉后保溫2-4h，冷卻至1050-1250℃，冷卻20-40h；

第四步：將合金液體澆注至模具當(dāng)中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進(jìn)行回火，然后加工成產(chǎn)品。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第二步的熔煉壓力為0.5-20Pa，熔煉時(shí)間15-35min。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第三步的熔煉壓力為2-20Pa，熔煉25-45min。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第四步回火溫度為950-1050℃，時(shí)間為1-3h。

有益效果

本發(fā)明所述一種航空用超耐熱納米合金及其制備方法采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：1、產(chǎn)品強(qiáng)韌，疲勞壽命高，彈性模量200-220GPa；2、耐磨性和彈性優(yōu)良，抗拉強(qiáng)度1800-2000MPa，斷面收縮率22-26%；3、內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，硬度460-500HB，屈服強(qiáng)度1000-1200MPa；4、延伸率24-28%，可以在各種極端環(huán)境下廣泛使用，在高溫環(huán)境下長期工作不易疲勞，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，實(shí)施例僅用于對本發(fā)明進(jìn)行說明，并不構(gòu)成對權(quán)利要求范圍的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的其他替代手段，均在本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)。

實(shí)施例1：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取鎳100份，硼15份，納米二氧化硅1份，螢石粉5份，鉬4.5份，納米二氧化鈦1.5份，鈮為30份，鐵0.01份，鋁1.5份，鉭0.01份，鈷65份，碳0.01份，鉛0.01份，三氧化二硼1份。

第二步：將鎳、硼、納米二氧化硅、螢石粉、鉬、納米二氧化鈦和三氧化二硼投入熔煉爐中，升溫至1400℃，熔煉壓力為0.5Pa，熔煉時(shí)間15min，熔煉后保溫1h。

第三步：加入剩余原料，升溫至1550℃，熔煉壓力為2Pa，熔煉25min，熔煉后保溫2h，冷卻至1050℃，冷卻20h，將合金液體澆注至模具當(dāng)中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進(jìn)行回火，回火溫度為950℃，時(shí)間為1h，然后加工成產(chǎn)品。

產(chǎn)品強(qiáng)韌，疲勞壽命高，彈性模量200GPa；耐磨性和彈性優(yōu)良，抗拉強(qiáng)度1800MPa，斷面收縮率22%；內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，硬度460HB，屈服強(qiáng)度1000MPa；延伸率24%，可以在各種極端環(huán)境下廣泛使用，在高溫環(huán)境下長期工作不易疲勞，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。

實(shí)施例2：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取鎳100份，硼35份，納米二氧化硅5份，螢石粉25份，鉬8.5份，納米二氧化鈦5.5份，鈮為70份，鐵0.05份，鋁3.5份，鉭0.2份，鈷85份，碳0.025份，鉛0.03份，三氧化二硼15份。

第二步：將鎳、硼、納米二氧化硅、螢石粉、鉬、納米二氧化鈦和三氧化二硼投入熔煉爐中，升溫至1600℃，熔煉壓力為20Pa，熔煉時(shí)間35min，熔煉后保溫3h。

第三步：加入剩余原料，升溫至1750℃，熔煉壓力為20Pa，熔煉45min，熔煉后保溫4h，冷卻至1250℃，冷卻40h，將合金液體澆注至模具當(dāng)中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進(jìn)行回火，回火溫度為1050℃，時(shí)間為3h，然后加工成產(chǎn)品。

產(chǎn)品強(qiáng)韌，疲勞壽命高，彈性模量205GPa；耐磨性和彈性優(yōu)良，抗拉強(qiáng)度1850MPa，斷面收縮率23%；內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，硬度470HB，屈服強(qiáng)度1050MPa；延伸率25%，可以在各種極端環(huán)境下廣泛使用，在高溫環(huán)境下長期工作不易疲勞，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。

實(shí)施例3：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取鎳100份，硼20份，納米二氧化硅2份，螢石粉10份，鉬5.5份，納米二氧化鈦2.5份，鈮為40份，鐵0.02份，鋁2份，鉭0.05份，鈷70份，碳0.015份，鉛0.015份，三氧化二硼5份。

第二步：將鎳、硼、納米二氧化硅、螢石粉、鉬、納米二氧化鈦和三氧化二硼投入熔煉爐中，升溫至1600℃，熔煉壓力為20Pa，熔煉時(shí)間35min，熔煉后保溫3h。

第三步：加入剩余原料，升溫至1750℃，熔煉壓力為20Pa，熔煉45min，熔煉后保溫4h，冷卻至1250℃，冷卻40h，將合金液體澆注至模具當(dāng)中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進(jìn)行回火，回火溫度為1050℃，時(shí)間為3h，然后加工成產(chǎn)品。

產(chǎn)品強(qiáng)韌，疲勞壽命高，彈性模量210GPa；耐磨性和彈性優(yōu)良，抗拉強(qiáng)度1900MPa，斷面收縮率24%；內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，硬度480HB，屈服強(qiáng)度1100MPa；延伸率26%，可以在各種極端環(huán)境下廣泛使用，在高溫環(huán)境下長期工作不易疲勞，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。

實(shí)施例4：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取鎳100份，硼30份，納米二氧化硅4份，螢石粉20份，鉬7.5份，納米二氧化鈦4.5份，鈮為60份，鐵0.04份，鋁3份，鉭0.15份，鈷80份，碳0.02份，鉛0.025份，三氧化二硼10份。

第二步：將鎳、硼、納米二氧化硅、螢石粉、鉬、納米二氧化鈦和三氧化二硼投入熔煉爐中，升溫至1400℃，熔煉壓力為0.5Pa，熔煉時(shí)間15min，熔煉后保溫1h。

第三步：加入剩余原料，升溫至1550℃，熔煉壓力為2Pa，熔煉25min，熔煉后保溫2h，冷卻至1050℃，冷卻20h，將合金液體澆注至模具當(dāng)中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進(jìn)行回火，回火溫度為950℃，時(shí)間為1h，然后加工成產(chǎn)品。

產(chǎn)品強(qiáng)韌，疲勞壽命高，彈性模量215GPa；耐磨性和彈性優(yōu)良，抗拉強(qiáng)度1950MPa，斷面收縮率25%；內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，硬度490HB，屈服強(qiáng)度1150MPa；延伸率27%，可以在各種極端環(huán)境下廣泛使用，在高溫環(huán)境下長期工作不易疲勞，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。

實(shí)施例5：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取鎳100份，硼25份，納米二氧化硅3份，螢石粉15份，鉬6.5份，納米二氧化鈦3.5份，鈮為50份，鐵0.03份，鋁2.5份，鉭0.1份，鈷75份，碳0.018份，鉛0.02份，三氧化二硼8份。

第二步：將鎳、硼、納米二氧化硅、螢石粉、鉬、納米二氧化鈦和三氧化二硼投入熔煉爐中，升溫至1500℃，熔煉壓力為10Pa，熔煉時(shí)間25min，熔煉后保溫2h。

第三步：加入剩余原料，升溫至1650℃，熔煉壓力為11Pa，熔煉35min，熔煉后保溫3h，冷卻至1150℃，冷卻30h，將合金液體澆注至模具當(dāng)中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進(jìn)行回火，回火溫度為1000℃，時(shí)間為2h，然后加工成產(chǎn)品。

產(chǎn)品強(qiáng)韌，疲勞壽命高，彈性模量220GPa；耐磨性和彈性優(yōu)良，抗拉強(qiáng)度2000MPa，斷面收縮率26%；內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，硬度500HB，屈服強(qiáng)度1200MPa；延伸率28%，可以在各種極端環(huán)境下廣泛使用，在高溫環(huán)境下長期工作不易疲勞，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。