本發(fā)明涉及金屬材料，具體為一種高純鉿鎳合金及其制備方法。

背景技術：

1、近年來，鎳基高溫合金由于具有優(yōu)異的高溫強度、高溫抗氧化和抗腐蝕性能、抗疲勞性能和高斷裂韌性等綜合性能，已經被廣泛用于制造航空噴氣發(fā)動機、各種工業(yè)燃氣輪機熱端部件。

2、目前應用的鎳基鑄造高溫合金，普遍存在760?℃附近（650～850?℃）塑性和強度都較低的問題，從而導致合金零部件在蠕變階段末期會突然破壞。而在鎳基高溫合金中添加金屬鉿（hf）是改善鎳基鑄造合金的中溫強度和塑性的有效途徑之一。但鉿的熔點高達2231?℃，密度為13.31?g/cm3，而鎳（ni）的熔點為1455?℃，密度為8.9?g/cm3，兩種元素的熔點與密度相差較大，因此在使用傳統(tǒng)的感應熔煉設備制備鎳基高溫合金時存在純金屬鉿難以熔化及凝固后金屬鑄錠中存在鉿成分偏析的問題。這就需要將鉿鎳中間合金作為向鎳基高溫合金中添加鉿元素的添加劑，以降低鉿鎳合金的熔點，而且比直接加入純金屬鉿更有利于鉿對鎳基高溫合金的合金化，并使得鉿在合金中的成分分布更加均勻。

3、傳統(tǒng)的制備技術均是通過真空感應熔煉實施，收得率一般在90%左右；所采用的真空感應熔煉爐的真空度是0.1～50?pa，優(yōu)選是5?pa以下，只達到中真空的水平；熔煉前都需要重新打新坩堝，甚至需要打造特殊的氧化鋯面層陶瓷型殼，準備周期長；熔煉過程都是通過充入保護氣體（主要是氬氣）進行的，因此，想利用真空技術去除熔體中的雜質與氣體的效果是有限的，實際得到的合金的純度并不十分理想。特別是想使用海綿鉿生產鉿鎳合金時，內部容易形成氧化鉿夾渣。二氧化鉿密度大（10～14?g/cm3），穩(wěn)定性高，二氧化鉿會降低液態(tài)金屬的流動性，同時造成合金板材內部形成孔隙，降低高溫合金制零件的使用性能。

4、因此，制備氧與雜質含量低的高純鉿鎳合金是關鍵，目前國內外尚缺少更好的制備技術。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種高純鉿鎳合金及其制備方法，具備鉿鎳合金純度高、生產周期短和收得率高的優(yōu)點，解決了當前技術中存在的鉿鎳合金純度不高、生產周期長和收得率低的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種高純鉿鎳合金，所述的合金原料及其質量百分比為：88%～92%的鉿與8%～12%的鎳。

3、優(yōu)選的，所述鎳的純度為99.99%，鎳顆粒的粒度為10～20?mm，鎳的原坯型為板材料，將其裁剪成10～20mm的顆粒塊進行備用。

4、優(yōu)選的，所述鉿為海綿鉿，其純度為符合ys/t?399-2013標準的海綿鉿，海綿鉿顆粒的粒度為10～25mm。

5、優(yōu)選的，一種高純鉿鎳合金的制備方法，根據上述的一種高純鉿鎳合金原料的質量百分比進行制備，包括以下制備步驟：

6、步驟一、原料配置：按照質量百分比為88%～92%的鉿與8%～12%的鎳的比例準備合金原料，并將所有的鉿按質量等分成兩等份，完成原料配置；

7、步驟二、原料裝爐：將第一步的原料分三層鋪裝入電子束水平熔煉爐中，關閉爐門后開始抽真空，完成原料裝爐；

8、步驟三、第一次真空電子束熔煉：使用水平電子束熔煉爐進行真空電子束熔煉，包括熔煉前的準備、熔煉過程及其參數(shù)調節(jié)；

9、步驟四、第二次真空電子束熔煉：將第三步得到的板材翻面，翻面后將之前的板材頭部變成尾部，進行第二次熔煉，得到高純鉿鎳合金產品。

10、優(yōu)選的，所述步驟二中原料分三層的過程為：第一層將兩等份中其中一等份的海綿鉿顆粒分散均勻地鋪裝在清理好的無雜質的銅坩堝內；第二層是將鎳顆粒均勻分散地排布在第一層的海綿鉿顆粒上；第三層是將兩等份中另一等份的海綿鉿顆粒均勻分散地鋪裝在第二層的鎳顆粒上。

11、優(yōu)選的，所述步驟三中第一次真空電子束熔煉前的準備及其參數(shù)調節(jié)：

12、s1.1、將水平電子束熔煉爐的電子槍進行預熱，同時抽真空，當水平電子束熔煉爐爐內真空度低于5×10-2pa時，開始陰極加熱5～10?min；

13、s1.2、陰極加熱完成后，調節(jié)與聚焦電子束的位置，使電子槍的發(fā)射電流范圍為0.5～3a；

14、s1.3、再調整掃描圖形，將以坩堝中心點為準發(fā)射出來的電子束的一個小圓點橫向拉寬至10～20cm，并緩慢增加發(fā)射電流到3.5～4a；

15、s1.4、最后把電子束調節(jié)到坩堝起始熔煉位置并距離坩堝熔池頂端2?cm處。

16、優(yōu)選的，所述步驟三中第一次真空電子束熔煉過程及其參數(shù)調節(jié)：熔煉前的準備工作完成后，由頂端位置開始熔煉，以0.6～0.7mm/s的速度向尾端掃描熔煉，熔煉過程中電子束在熔池中停留3～5s以將原材料熔透，依次熔煉直到坩堝熔池尾端結束，得到初步形成的板材。

17、優(yōu)選的，所述第一次真空電子束熔煉結束后，再將初步形成的板材冷卻1～3小時后出爐，得到第一次真空電子束熔煉的板材。

18、優(yōu)選的，所述步驟四中第二次真空電子束熔煉過程：第二次熔煉將重復第一次熔煉的步驟；從距離坩堝頭部位置的10～20?cm處開始引束；引束正常后，從坩堝熔池的頭部開始，把電子束拉寬至10～20?cm，以0.6～0.7mm/s的速度向尾端掃描熔煉，其他操作的技術參數(shù)同第三步，得到初步成形的高純鉿鎳合金。

19、優(yōu)選的，所述第二次真空電子束熔煉結束后，再將初步成形的高純鉿鎳合金冷卻1～3小時后出爐，得到高純鉿鎳合金產品。

20、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供了一種高純鉿鎳合金及其制備方法，具備以下有益效果：

21、1、本發(fā)明通過使用電子束水平爐進行熔煉，不僅使合金表面光滑，品質更好，還能省去合金表面精整的流程，從而降低生產成本與減少材料的浪費，并且在完成電子束熔煉后，只需要將電子束爐內的爐膛、結晶器和槍筒清理干凈就可熔煉，清理時間只需要1～2小時，使清理時間縮短。

22、2、本發(fā)明使用電子束熔煉爐，有助于克服感應爐熔煉過程中金屬液體飛濺的缺點，使產品收得率提升7%以上，產品純度提升至99.9%，解決了使用真空感應爐在熔煉過程中會出現(xiàn)熔態(tài)金屬液體粘連在爐壁之上的合金殘留物，且不易清理，使金屬熔煉的純度與收得率嚴重降低的問題。

23、3、本發(fā)明通過使用電子束熔煉爐進行制備，其制備過程具備更好的去氧與去雜質的效果，最終得到的高純鉿鎳合金，其成分組成是含質量百分比為88%～92%的hf與8%～12%的ni，其他組分的含量在第一次電子束熔煉后為：al≤0.0045%，co≤0.01%，cu≤0.0022%，fe≤0.02%，mg≤0.005%，ti≤0.005%，cr≤0.002%，si≤0.01%，mo≤0.01%，v≤0.01%，o≤0.05%，n≤0.007%，c≤0.02%；在第二次電子束熔煉后達到：al≤0.0005%，co≤0.01%，cu≤0.002%，fe≤0.01%，mg≤0.001%，ti≤0.001%，cr≤0.001%，si≤0.003%，mo≤0.005%，v≤0.001%，o≤0.03%，n≤0.003%，c≤0.02%，而且制備流程短，產品收得率高。

24、4、本發(fā)明采用真空電子束水平爐熔煉技術，通過控制原料純度與熔煉參數(shù)，來降低成本制備高純的鉿鎳合金，該合金的原料選用符合ys/t399-2013標準的純度為96%的海綿鉿與純度為99.99%鎳板，采用真空度優(yōu)于10—3pa的電子束水平爐熔煉，熔煉時的過熱溫度高，維持液態(tài)的時間長，使材料的精煉提純過程得以充分有效地進行，同時，高真空的環(huán)境使得熔煉過程中材料主要發(fā)生的脫氣、分解、脫氧、金屬雜質的揮發(fā)和不熔雜質的上浮過程充分進行，從而利用成本較低的海綿鉿就可以低成本直接制備得到純度99.9%以上的高純鉿鎳合金。