[发明专利]一种高温合金材料的高通量制备方法

说明书

本发明涉材料基因组计划中高通量制备技术领域，具体为一种高温合金材料的高通量制备方法。该方法步骤如下：(1)将熔融石蜡通过注蜡机将蜡注入金属模具内；(2)将胶布黏贴于需放置金属块或合金块的位置面；(3)将组合好的蜡模烧结制成刚玉模壳；(4)将金属块或合金块置于刚玉模壳内，采用刚玉粉进行密封；(5)将刚玉模壳置于定向凝固炉中进行定向凝固。本发明具有制备工艺简单，成本低廉等特点，突破了扩散多元节只能实现固/固相变高通量制备成分组织样品。而无法实现合金凝固由液相到固相转变过程中成分组织样品，特别是共晶反应组织的高通量制备，本方法可实现固/液相变的组织样品的高通量制备，从而有利于高温合金材料研发。

技术领域：

本发明涉材料基因组计划中高通量制备技术领域，具体为一种高温合金材料的高通量制备方法。

背景技术：

高温合金是制造航空发动机热端部件关键材料，高温合金的性能对航空发动机起到非常关键作用。随着发动机进气口温度的升高，对高温合金材料性能提出了更高的要求，因此急需研发承温能力更高新型高温合金材料。高温合金成分的设计过程中，一个重要的思路就是添加大量的Ta、Mo、W、Re和Ru等难熔金属元素来提高合金的承温能力。

但难熔元素的提高会导致服役过程中形成大量有害的拓扑密排相(Topologically closedpackedphase，TCP相)，严重地降低合金的高温蠕变性能。目前，高温合金的设计研发仍然依靠试错法来完成，将极大的浪费人力物力。近年来，我国为加快合金材料的研发速度，实现研发成本与周期的“双减半”，材料基因组工程获得国家的正式立项。

材料基因组工程主要包括高通量材料计算、高通量材料实验和数据库三大部分，扩散多元节作为高通量材料实验方法中的关键技术，已广泛的应用于合金成分与组织样品的高通量制备，但是该方法是基于固/固扩散相变过程，无法实现合金液/固相变过程中的成分与组织的高通量制备，采用基于液/固相变过程的高通量制备技术，可以有效丰富高通量制备技术，进一步降低研发成本与周期。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种高温合金材料的高通量制备方法，该方法基于合金凝固过程中的液/固相变，通过定向凝固温度和拉速等参数的控制，使金属块或合金块与高温合金熔体的发生元素互扩散反应，从而实现单质原子在合金熔体的扩散距离的控制，从而获得局部区域成分与组织的控制，可实现凝固过程中合金成分与组织形成与演变样品的高通量制备，采用该方法可以提高高温合金材料研发的效率，降低研发成本和研制周期。

本发明的技术方案是：

一种高温合金材料的高通量制备方法，具体步骤如下：

(1)将石蜡融化，通过注蜡机将熔融石蜡注入具有台阶形状的金属模具内，并保持到石蜡冷却到室温，形成蜡模；

(2)将尺寸为5×5mm～15×15mm的块状胶布黏贴于需要放置金属块或合金块的预置位置，该位置为蜡模上台阶形状五个面中的任意一个面；

(3)将组合好的蜡模通过挂浆法制成刚玉模壳，制成刚玉模壳后将胶布去除，并在大气气氛条件下进行成型刚玉模壳的烧结；

(4)采用线切割将纯金属或合金切成与台阶形状相适应的尺寸，并通过胶布去除后形成的金属块或合金块预置位置窗口，置于步骤(3)中的刚玉模壳内，并采用刚玉粉对金属块或合金块的外表面进行密封，防止实验过程中漏钢；

(5)将带有金属块或合金块的模壳置于定向凝固炉中，升温至1400～1600℃，并将高温合金熔体浇注至模壳后进行定向凝固。

所述的高温合金材料的高通量制备方法，步骤(1)中，将石蜡在50～80℃融化，通过注蜡机将熔融石蜡注入具有台阶形状的金属模具内，注蜡压力为0.5～2MPa，并在室温下保持1～10min。

所述的高温合金材料的高通量制备方法，步骤(3)中，在850～1000℃烧结成型刚玉模壳，烧结时间为1～3小时。