一种组织均匀镍-三氧化二钇中间合金的制备方法 【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纳米级的组织均匀镍-三氧化二钇中间合金的制备方法。
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。
在高温合金中，氧化物弥散强化合金是一类与传统高温合金完全不同的合金，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，最后通过热压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、控制难度大、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，目前还无法采用铸造方式生产氧化物弥散高温合金，这主要是因为氧化物密度比合金密度小很多，氧化物颗粒尺寸在纳米级别，这导致氧化物无法在合金熔炼时直接加入到合金中，但是，氧化物可以以中间合金的方式加入到铸造合金中，但是如何制备中间合金是一个新的难题。
人们迫切希望获得技术效果更好的组织均匀的镍-三氧化二钇中间合金的制备方法。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种组织均匀的镍-三氧化二钇中间合金的制备方法。
本发明一种组织均匀镍-三氧化二钇中间合金的制备方法，其特征在于：所述方法具体依次是：首先制备成分均匀的镍--三氧化二钇复合粉末；然后将镍-三氧化二钇复合粉末进行成型，之后在保护性气氛下进行烧结，(烧结温度优选为1200℃～1500℃，时间优选为30分钟～2小时，)最后随炉冷却到室温，得到组织均匀镍-三氧化二钇中间合金；
其中，制备成分均匀的镍--三氧化二钇复合粉末的具体过程为：1)首先将可溶性的镍盐、钇盐制成溶液；2)然后将上述溶液制成前驱体粉末；3)将上述前驱体粉末焙解为氧化物复合粉末；4)再将氧化物复合粉末还原成镍-三氧化二钇复合粉末。
本发明所述组织均匀的镍-三氧化二钇中间合金的制备方法的优选内容还包括以下内容：
所述组织均匀镍-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。需要强调的是：可溶性的镍盐、钇盐在水溶液中相互之间应不发生任何化学反应。
所述组织均匀镍-三氧化二钇中间合金的制备方法中优选还应满足下述要求：将由可溶性的镍盐、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两个阶段进行：
第一步是缓慢低温焙解，焙解温度为200℃～600℃，焙解时间2～4小时；第二步是高温焙解，焙解温度650℃～780℃，焙解时间1～2小时。
将由可溶性的镍盐、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；
所述组织均匀镍-三氧化二钇中间合金的制备方法优选还满足下述要求：
将所述各类氧化物复合粉末还原为镍-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℃～680℃，保温时间1～3小时；第二步，还原温度为700℃～750℃，保温时间1～3小时。
上述的将所述各类氧化物复合粉末还原为镍-三氧化二钇复合粉末的过程中，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。
所述组织均匀镍-三氧化二钇中间合金的制备方法进一步的优选内容要求如下：将所述各类氧化物复合粉末还原为镍-三氧化二钇复合粉末的过程中，氧化物粉末的还原采用高纯度氢气与高纯度氮气的混合气体，其中，氢气与氮气的体积比例在1∶1～1∶5之间。
将所述各类氧化物复合粉末还原为镍-三氧化二钇复合粉末时，具体可以采用连续式气氛保护管式炉或者间歇式气氛保护管式炉。
所述组织均匀的镍-三氧化二钇中间合金的制备方法中，在制备成分均匀的镍--三氧化二钇复合粉末，并将镍-三氧化二钇复合粉末进行成型之后，要求在还原性气氛下进行等温烧结，烧结温度为1200℃～1500℃，时间为30分钟～2小时，最后随炉冷却到室温，即可得到组织均匀镍-三氧化二钇中间合金。
所述组织均匀地镍-三氧化二钇中间合金的制备方法中还包含有下述的优选内容要求：
1)将经过还原反应后得到的镍-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有复合粉末得到的成型产物进行等温烧结的要求是：1200℃～1500℃等温烧结；保温时间为1～3小时；保温烧结结束后，随炉保温冷却到室温，取出即可。
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镍--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。
相对于现有技术而言，利用本发明所述组织均匀的镍-三氧化二钇中间合金的制备方法所获得的镍-三氧化二钇中间合金具有突出的优点：
组织更为细化和均匀，制备过程更为简便可控，成本低，品质好。其具有可预见的巨大的经济价值和社会价值。
【附图说明】
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为实施例1对应的1％Y2O3中间合金微观组织；
图2为实施例2对应的2％Y2O3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、钇盐制成溶液，可溶性的镍盐、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，成分配比为Ni∶Y＝99∶1(质量比)，将上述溶液用高温雾化干燥方法制成镍钇盐的前驱体粉末，雾化干燥采用离心雾化干燥形式，然后将上述镍钇盐前驱体粉末焙解为镍钇氧化物复合粉末；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350℃，焙解时间3小时，第二步是高温焙解，焙解温度750℃，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；将上述镍钇氧化物复合粉末在氢气气氛下还原为镍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℃，保温时间3小时，第二步还原温度为750℃，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℃，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，氢气与氮气的体积比例为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，最后得到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、钇盐制成溶液，可溶性的镍盐、钇盐的水溶液相互间应不发生任何化学反应，具体为氯化镍，硝酸钇，成分配比为Ni∶Y＝98∶2(质量比)，将上述溶液用高温雾化干燥方法制成镍钇盐的前驱体粉末，雾化干燥采用离心雾化干燥形式，然后将上述镍钇盐前驱体粉末焙解为镍钇氧化物复合粉末；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400℃，焙解时间3小时，第二步是高温焙解，焙解温度750℃，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；将上述镍钇氧化物复合粉末在氢气气氛下还原为镍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650℃，保温时间2小时，第二步还原温度为740℃，保温时间1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1480℃，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30ml/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，最后得到镍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、钇盐制成溶液，可溶性的镍盐、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，成分配比为Ni∶Y＝90∶10(质量比)，将上述溶液用高温雾化干燥方法制成镍钇盐的前驱体粉末，雾化干燥采用离心雾化干燥形式，然后将上述镍钇盐前驱体粉末焙解为镍钇氧化物复合粉末；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380℃，焙解时间2小时，第二步是高温焙解，焙解温度740℃，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；将上述镍钇氧化物复合粉末在氢气气氛下还原为镍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680℃，保温时间3小时，第二步还原温度为720℃，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1200℃，保温时间为2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，氢气与氮气的体积比例为1∶2，还原性气体的流量为30ml/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，最后得到镍基三氧化二钇中间合金。
实施例4
将可溶性的镍盐、钇盐制成溶液，可溶性的镍盐、钇盐的水溶液相互间应不发生任何化学反应，具体为硫酸镍，硝酸钇，成分配比为Ni∶Y＝95∶5(质量比)，将上述溶液用高温雾化干燥方法制成镍钇盐的前驱体粉末，雾化干燥采用离心雾化干燥形式，然后将上述镍钇盐前驱体粉末焙解为镍钇氧化物复合粉末；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380℃，焙解时间2小时，第二步是高温焙解，焙解温度720℃，焙解时间1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；将上述镍钇氧化物复合粉末在氢气气氛下还原为镍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680℃，保温时间3小时，第二步还原温度为750℃，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50ml/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1300℃，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，氢气与氮气的体积比例为1∶2，还原性气体的流量为40ml/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，最后得到镍基三氧化二钇中间合金。
实施例5
本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处主要在于：
1、将由可溶性的镍盐、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两个阶段进行：
第一步是缓慢低温焙解，焙解温度为400℃，焙解时间3小时；第二步是高温焙解，焙解温度700℃，焙解时间1.5小时。
2、所述组织均匀镍-三氧化二钇中间合金的制备方法还满足下述要求：
将所述各类氧化物复合粉末还原为镍-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640℃，保温时间2小时；第二步，还原温度为720℃，保温时间2小时。
3、将所述各类氧化物复合粉末还原为镍-三氧化二钇复合粉末的过程中，氧化物粉末的还原采用高纯度氢气与高纯度氮气的混合气体，其中，氢气与氮气的体积比例在1∶3.5。
4、所述组织均匀的镍-三氧化二钇中间合金的制备方法中还应达到下述要求：
将经过还原反应后得到的镍-三氧化二钇复合粉末成型方式为：模压或冷等静压；
然后在还原性气氛下进行有复合粉末得到的成型产物进行等温烧结的要求是：1350℃等温烧结；保温时间为70分钟；保温烧结结束后，随炉保温冷却到室温，取出即可。
实施例6
本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处主要在于：
1、将由可溶性的镍盐、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两个阶段进行：
第一步是缓慢低温焙解，焙解温度为200℃，焙解时间4小时；第二步是高温焙解，焙解温度650℃，焙解时间2小时。
2、所述组织均匀镍-三氧化二钇中间合金的制备方法还满足下述要求：
将所述各类氧化物复合粉末还原为镍-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℃，保温时间3小时；第二步，还原温度为700℃，保温时间3小时。
3、将所述各类氧化物复合粉末还原为镍-三氧化二钇复合粉末的过程中，氧化物粉末的还原采用高纯度氢气与高纯度氮气的混合气体，其中，氢气与氮气的体积比例在1∶1。
4、所述组织均匀的镍-三氧化二钇中间合金的制备方法中还应达到下述要求：
将经过还原反应后得到的镍-三氧化二钇复合粉末成型方式为：模压或冷等静压；
然后在还原性气氛下进行有复合粉末得到的成型产物进行等温烧结的要求是：1200℃等温烧结；保温时间为2小时；保温烧结结束后，随炉保温冷却到室温，取出即可。
实施例7
本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处主要在于：
1、将由可溶性的镍盐、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两个阶段进行：
第一步是缓慢低温焙解，焙解温度为600℃，焙解时间2小时；第二步是高温焙解，焙解温度780℃，焙解时间1小时。
2、所述组织均匀镍-三氧化二钇中间合金的制备方法还满足下述要求：
将所述各类氧化物复合粉末还原为镍-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680℃，保温时间1小时；第二步，还原温度为750℃，保温时间1小时。
3、将所述各类氧化物复合粉末还原为镍-三氧化二钇复合粉末的过程中，氧化物粉末的还原采用高纯度氢气与高纯度氮气的混合气体，其中，氢气与氮气的体积比例在1∶5。
4、所述组织均匀的镍-三氧化二钇中间合金的制备方法中还应达到下述要求：
将经过还原反应后得到的镍-三氧化二钇复合粉末成型方式为：模压或冷等静压；
然后在还原性气氛下进行有复合粉末得到的成型产物进行等温烧结的要求是：1500℃等温烧结；保温时间为30分钟；保温烧结结束后，随炉保温冷却到室温，取出即可。