本發(fā)明涉及合金材料技術領域，尤其涉及一種耐高溫航空用納米合金及其制備方法。

背景技術：

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，材料和飛機一直在相互推動下不斷發(fā)展。“一代材料，一代飛機”正是世界航空發(fā)展史的一個真實寫照。

預計全球客機數(shù)量年均增長率為3.6%，到2029年，全球客機數(shù)量將近35000架。未來幾年中國飛機制造行業(yè)對航空材料的需求將迅速增長。根據(jù)中國航空工業(yè)第一集團公司預測，到2025年，國內(nèi)航空運輸飛機擁有量將達到3900架，其中大型客機將達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)部門和應用技術領域有著重大的意義。

未來20年，亞太地區(qū)將繼續(xù)在全球空運市場中占主導地位，亞太地區(qū)航空公司運營的專用貨機機隊將增長4倍，達到1056架的規(guī)模。另外在發(fā)展太空探索科技領域，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，鋼的強度大于其主要組成元素鐵。合金的物理性質(zhì)，例如密度、反應性、楊氏模量、導電性和導熱性可能與合金的組成元素尚有類似之處，但是合金的抗拉強度和抗剪強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，溫度處在熔化溫度范圍間時，混合物為固液并存狀態(tài)。因此可以說，合金的熔點比組分金屬低。

鋼鐵是鐵與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的含量對鋼鐵的機械性能起著主要作用，故統(tǒng)稱為鐵碳合金。它是工程技術中最重要、用量最大的金屬材料。

一般說，金屬材料的熔點越高，其可使用的溫度限度越高。這是因為隨著溫度的升高，金屬材料的機械性能顯著下降，氧化腐蝕的趨勢相應增大，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肿銐驈姸群土己玫目寡趸?。

隨著社會的發(fā)展，航空材料應用的越來越廣泛，隨之帶來的是航空合金材料的短缺，和合金材料強度低、抗拉強度低和延伸率低等問題的彰顯，設計一種高強度的航空合金材料是非常必要的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種耐高溫航空用納米合金及其制備方法，解決現(xiàn)有合金材料強度低、抗拉強度低、延伸率低和硬度低等技術問題。

本發(fā)明采用以下技術方案：一種耐高溫航空用納米合金，其原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：鐵100份，海綿鋯25-65份，鉻25-45份，氮0.05-0.25份，鉬4.5-8.5份，納米二氧化鈦0.4-0.8份，錫為6-10份，金屬鎳8-12份，鋁3-7份，錳0.1-0.5份，鈷0.3-0.7份，碳6-10份，氧化銅1-20份，二氧化硅1-15份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述耐高溫航空用納米合金的原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：鐵100份，海綿鋯25份，鉻25份，氮0.05份，鉬4.5份，納米二氧化鈦0.4份，錫為6份，金屬鎳8份，鋁3份，錳0.1份，鈷0.3份，碳6份，氧化銅1份，二氧化硅1份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述耐高溫航空用納米合金的原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：鐵100份，海綿鋯65份，鉻45份，氮0.25份，鉬8.5份，納米二氧化鈦0.8份，錫為10份，金屬鎳12份，鋁7份，錳0.5份，鈷0.7份，碳10份，氧化銅20份，二氧化硅15份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述耐高溫航空用納米合金的原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：鐵100份，海綿鋯55份，鉻40份，氮0.2份，鉬7.5份，納米二氧化鈦0.7份，錫為9份，金屬鎳11份，鋁6份，錳0.4份，鈷0.6份，碳9份，氧化銅15份，二氧化硅12份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述耐高溫航空用納米合金的原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：鐵100份，海綿鋯35份，鉻30份，氮0.1份，鉬5.5份，納米二氧化鈦0.5份，錫為7份，金屬鎳9份，鋁4份，錳0.2份，鈷0.4份，碳7份，氧化銅5份，二氧化硅4份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述耐高溫航空用納米合金的原料按質(zhì)量份數(shù)配比如下：鐵100份，海綿鋯45份，鉻35份，氮0.15份，鉬6.5份，納米二氧化鈦0.6份，錫為8份，金屬鎳10份，鋁5份，錳0.3份，鈷0.5份，碳8份，氧化銅10份，二氧化硅8份。

一種制備所述的耐高溫航空用納米合金的方法，步驟為：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取鐵、海綿鋯、鉻、氮、鉬、納米二氧化鈦、錫、金屬鎳、鋁、錳、鈷、碳、氧化銅和二氧化硅；

第二步：將鐵、海綿鋯、鉻、氮、鉬、納米二氧化鈦和二氧化硅投入熔煉爐中，升溫至1350-1450℃，熔煉后保溫2-4h；

第三步：加入剩余原料，升溫至1400-1600℃，熔煉后保溫1-3h；

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

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述第二步的熔煉壓力為0.1-20Pa，熔煉時間10-30min。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述第三步的熔煉壓力為1-20Pa，熔煉20-40min。

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

有益效果

本發(fā)明所述一種耐高溫航空用納米合金及其制備方法采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果：1、產(chǎn)品強韌，疲勞壽命高，彈性模量196-200GPa；2、耐磨性和彈性優(yōu)良，抗拉強度1600-1650MPa，斷面收縮率24-28%；3、內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，硬度400-500HB，屈服強度1000-1200MPa；4、延伸率24-26%，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。

具體實施方式

以下結合實例對本發(fā)明作進一步的描述，實施例僅用于對本發(fā)明進行說明，并不構成對權利要求范圍的限制，本領域技術人員可以想到的其他替代手段，均在本發(fā)明權利要求范圍內(nèi)。

實施例1：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取鐵100份，海綿鋯25份，鉻25份，氮0.05份，鉬4.5份，納米二氧化鈦0.4份，錫為6份，金屬鎳8份，鋁3份，錳0.1份，鈷0.3份，碳6份，氧化銅1份，二氧化硅1份。

第二步：將鐵、海綿鋯、鉻、氮、鉬、納米二氧化鈦和二氧化硅投入熔煉爐中，升溫至1350℃，熔煉壓力為0.1Pa，熔煉時間10min，熔煉后保溫2h。

第三步：加入剩余原料，升溫至1400℃，熔煉壓力為1Pa，熔煉20min，熔煉后保溫1h；將合金液體澆注至模具當中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進行回火，950℃，時間為1h，然后加工成產(chǎn)品。

產(chǎn)品強韌，疲勞壽命高，彈性模量196GPa；耐磨性和彈性優(yōu)良，抗拉強度1600MPa，斷面收縮率24%；內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，硬度400HB，屈服強度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。

實施例2：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取鐵100份，海綿鋯65份，鉻45份，氮0.25份，鉬8.5份，納米二氧化鈦0.8份，錫為10份，金屬鎳12份，鋁7份，錳0.5份，鈷0.7份，碳10份，氧化銅20份，二氧化硅15份。

第二步：將鐵、海綿鋯、鉻、氮、鉬、納米二氧化鈦和二氧化硅投入熔煉爐中，升溫至1450℃，熔煉壓力為20Pa，熔煉時間30min，熔煉后保溫4h。

第三步：加入剩余原料，升溫至1600℃，熔煉壓力為20Pa，熔煉40min，熔煉后保溫3h；將合金液體澆注至模具當中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進行回火， 1050℃，時間為3h，然后加工成產(chǎn)品。

產(chǎn)品強韌，疲勞壽命高，彈性模量197GPa；耐磨性和彈性優(yōu)良，抗拉強度1610MPa，斷面收縮率25%；內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，硬度440HB，屈服強度1050MPa；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。

實施例3：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取鐵100份，海綿鋯55份，鉻40份，氮0.2份，鉬7.5份，納米二氧化鈦0.7份，錫為9份，金屬鎳11份，鋁6份，錳0.4份，鈷0.6份，碳9份，氧化銅15份，二氧化硅12份。

第二步：將鐵、海綿鋯、鉻、氮、鉬、納米二氧化鈦和二氧化硅投入熔煉爐中，升溫至1350℃，熔煉壓力為0.1Pa，熔煉時間10min，熔煉后保溫2h。

第三步：加入剩余原料，升溫至1400℃，熔煉壓力為1Pa，熔煉20min，熔煉后保溫1h；將合金液體澆注至模具當中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進行回火，950℃，時間為1h，然后加工成產(chǎn)品。

產(chǎn)品強韌，疲勞壽命高，彈性模量198GPa；耐磨性和彈性優(yōu)良，抗拉強度1630MPa，斷面收縮率26%；內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，硬度450HB，屈服強度1100MPa；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。

實施例4：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取鐵100份，海綿鋯35份，鉻30份，氮0.1份，鉬5.5份，納米二氧化鈦0.5份，錫為7份，金屬鎳9份，鋁4份，錳0.2份，鈷0.4份，碳7份，氧化銅5份，二氧化硅4份。

第二步：將鐵、海綿鋯、鉻、氮、鉬、納米二氧化鈦和二氧化硅投入熔煉爐中，升溫至1450℃，熔煉壓力為20Pa，熔煉時間30min，熔煉后保溫4h。

第三步：加入剩余原料，升溫至1600℃，熔煉壓力為20Pa，熔煉40min，熔煉后保溫3h；將合金液體澆注至模具當中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進行回火， 1050℃，時間為3h，然后加工成產(chǎn)品。

產(chǎn)品強韌，疲勞壽命高，彈性模量199GPa；耐磨性和彈性優(yōu)良，抗拉強度1640MPa，斷面收縮率27%；內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，硬度480HB，屈服強度1150MPa；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。

實施例5：

第一步：按照質(zhì)量份數(shù)配比稱取鐵100份，海綿鋯45份，鉻35份，氮0.15份，鉬6.5份，納米二氧化鈦0.6份，錫為8份，金屬鎳10份，鋁5份，錳0.3份，鈷0.5份，碳8份，氧化銅10份，二氧化硅8份。

第二步：將鐵、海綿鋯、鉻、氮、鉬、納米二氧化鈦和二氧化硅投入熔煉爐中，升溫至1400℃，熔煉壓力為10Pa，熔煉時間20min，熔煉后保溫3h。

第三步：加入剩余原料，升溫至1500℃，熔煉壓力為10Pa，熔煉30min，熔煉后保溫2h；將合金液體澆注至模具當中，待成型之后取下模具將材料放置到廂式退火爐中進行回火，1000℃，時間為2h，然后加工成產(chǎn)品。

產(chǎn)品強韌，疲勞壽命高，彈性模量200GPa；耐磨性和彈性優(yōu)良，抗拉強度1650MPa，斷面收縮率28%；內(nèi)部缺陷小，雜質(zhì)含量低，硬度500HB，屈服強度1200MPa；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。