[发明专利]一种镍基合金及其制备方法

说明书

技术领域

一种镍基合金及其制备方法，尤其涉及一种耐空蚀镍基合金的制备方法，属于材料工程技术领域。

背景技术

空蚀是水利机械过流部件上、水利水电工程中、高速轴承以及船用螺旋桨上最为常见的现象，同时也是一种极具破坏性的水力现象，对水利机械和水工建筑物会造成蚀坑、麻点、引起诸如噪声、振动等次生现象，是造成过流部件和水中建筑损坏的主要原因，严重威胁工程的安全进行，造成极大的经济损失。随着舰船、水轮机等流体机械不断向高速、大功率方向发展，空蚀问题变得更为突出，对材料抗空蚀性提出了更高要求。

目前常用叶片材料主要集中在碳钢、铝青铜和不锈钢等三个方面，实际的使用结果表明这三种材料的耐空蚀性能均不是很佳。特别是舰船螺旋桨用的铝青铜材料，其抗空蚀性能不是很好，且其由空蚀所造成的噪声较大，不利于水中隐蔽。另外，还有将一些表面处理技术(如离子注入)应用于常用的叶片材料，实验结果表明经过表面处理后的叶片材料的抗空蚀性能仍不是很理想。本专利所设计的耐空蚀合金属于高等的镍基合金。由于镍木身为面心立方结构，晶体学上的稳定中性使得它能够比铁基合金容纳更多的合金元索铬，钼等以达到抵抗各种环境的能力。加上镍本身表面很容易形成一层钝化膜，使其具有一定的抗腐蚀能力，尤其是抵抗氯离子引起的应力腐蚀能力是所有的不锈钢所不能比拟的。这种抗腐蚀性的差距在还原性的环境、复杂的混合酸环境以及含有卤索离子的溶液中尤其明显，所以镍基合金常用于化工设备中，特别是非常苛刻的腐蚀环境中。

传统的空蚀观点认为空蚀过程发生主要是由于实际流体中存在的空气、蒸汽微团及固体颗粒等异相介质会降低流体的破坏强度，从而使高速流动的液体因局部压力下降而容易产生空化，形成空泡。当这些空泡进人流体的高压区后受到压缩而溃灭，便产生一种频率很高、压力很大的微射流或冲击波打击工件的表面，进而产生所谓的空蚀破坏。与传统观点不同，我们对空蚀发生的机理提出了一些新的看法，空蚀要发生介质中首先要有微颗粒存在，当微颗粒的尺寸达到1微米左右时空蚀现象最严重，微粒尺寸过大或过小均不会造成空蚀的发生，即使有空泡或空泡的破裂存在。我们人为介质中单独的空泡存在或破裂不会造成空蚀的发生，因为在介质中单独的空泡是向压强低的方向迁移，低压强不会造成空泡的破裂。当介质中存在一定尺寸的微颗粒时，微颗粒会和空泡合成一体顺着流速方向进行迁移，当遇到材料表面的凸起后空泡和颗粒的组合体就会形成漩涡，同时组合体会得到材料表面一个法向的速度，这个速度大致为30米/秒，当组合体趋近到材料表面100纳米内时，组合体与材料表面形成高压场，这个高压场促使空泡破裂，破裂造成高速的微射流夹带微颗粒冲击材料表面，这个冲击速度可以达到3000米/秒，从而造成空蚀的发生。而微颗粒普遍带有负电性，材料电极电位为正其表面会吸附大量的负电荷，依据同性电荷相斥的原理，当微颗粒到达材料表面时其速度就会大大降低甚至反向移动，这样就可以有效地缓解材料表面空蚀的发生。本专利所设计的高等镍基合金其表面会自发地形成一层非常致密的钝化膜，这层钝化膜可使基体的电极电位达到正值，这样一来刚好符合抗空蚀性能要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种镍基合金尤其耐空蚀性能优异的镍基合金材料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的制备方法为：将重量百分比为≤0.02％的C，≤1.0％的Si，≤1.0％的Mn，≤0.04％的P，≤0.03％的S，21.0～23.5％的Cr，6.0～8.0％的Mo，≤5.0％的Co，18～21％的Fe，1.5～2.5％的Cu，≤0.5％的Nb，≤1.5％的W和48～55％的Ni真空熔炼炉内在1100～1250℃下熔炼；待各元素熔化后将合金液浇入金属快冷模中，并将合金液的冷却速度控制在102k/s～105k/s，冷却至室温即可。

按照本发明的制备方法制得的耐空蚀合金含重量百分比为：0.012％的C，0.28％的Si，0.28％的Mn，0.011％的P，0.002％的S，21.0～23.5％的Cr，6.0～8.0％的Mo，≤5.0％的Co，18～21％的Fe，1.5～2.5％的Cu，≤0.5％的Nb，≤1.5％的W和48～55％的Ni。

本发明与现有技术相比，具有以下突出性效果：所得合金基体自身具有较高的电极电位，不用采用表面处理技术进行处理；所得合金没有磁性；所得合金具有较高的强度和韧性指标，特别是改合金的抵抗高温变形的能力非常强。

具体实施方式