[发明专利]热稳定的镍钴材料和热稳定所述镍钴材料的方法

说明书

提供了镍钴材料、形成镍钴材料的方法以及热稳定镍钴材料的方法。镍钴材料可包括具有非晶区域和结晶区域的金属基质复合材料，所述结晶区域基本上被纳米晶粒结构包围，所述纳米晶粒结构的晶粒粒度分布为约50纳米至约800纳米，并且所述纳米晶粒结构可包括广泛的晶内孪晶。金属基质复合材料的化学组成可包括镍、钴和掺杂剂例如磷和/或硼。可以在低于材料中晶粒生长的起始温度的第一温度区内热处理镍钴材料，然后在高于晶粒生长的起始温度的第二温度区内热处理镍钴材料。化学组成和热处理可产生热稳定的镍钴材料。

优先权信息

本申请要求在2019年3月14日提交的美国临时专利申请序列号62/818,270的优先权，其通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及热稳定的镍钴金属和热稳定所述镍钴金属的方法，包括电沉积的磷掺杂的镍钴材料。

背景技术

镍钴材料用于制造特殊部件是令人感兴趣的，所述特殊部件例如用于涡轮机发动机和其他需要热稳定性、高强度和延展性的航空或航天设备的部件。然而，一些镍钴材料倾向于在强度和延展性之间表现出折衷。另外，一些镍钴材料在高热环境中使用时倾向于表现出晶粒生长，这可能改变材料的拉伸性能。

因此，需要表现出热稳定性、高强度和/或高延展性的改进的镍钴材料。

发明内容

各方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本公开的主题来了解。

在一个方面，本公开包括镍钴材料。示例性镍钴材料可包括具有非晶区域和结晶区域的金属基质复合材料。结晶区域可以基本上被纳米晶粒结构包围，所述纳米晶粒结构的晶粒粒度分布为约50纳米至约800纳米，并且所述纳米晶粒结构可包括广泛的晶内孪晶(例如，约30%至约40%，或甚至约40%至50%的纳米晶粒结构包括晶内孪晶)。所述金属基质复合材料的化学组成可包括约50重量%至80重量%的镍、约20重量%至约50重量%的钴以及约100 ppm至约20,000 ppm重量的掺杂剂。例如，所述掺杂剂可包括磷和/或硼。

在另一方面，本公开包括形成镍钴材料的方法。示例性方法可包括在低于所述材料中晶粒生长的起始温度的第一温度区内热处理镍钴材料。例如，所述第一温度区可为约600K至约750K (约326.9℃至约476.9℃)。示例性方法可另外或替代地包括在高于所述材料中晶粒生长的起始温度的第二温度区内热处理所述材料。例如，所述第二温度区可为约800K至约900K (约526.9℃至约626.9℃)。所述镍钴材料可包括经掺杂的镍钴材料，例如使用电沉积工艺形成的经掺杂的镍钴材料。

在又一方面，本公开包括热稳定镍钴材料的方法。示例性方法可包括在低于所述镍钴材料中晶粒生长的起始温度的温度区内热处理镍钴材料。在所述镍钴材料中所述钴的浓度可为约30重量%至约50重量%。所述镍钴材料可包括掺杂剂，并且在所述镍钴材料中所述掺杂剂的浓度可为约1,000 ppm至约2,500 ppm重量。

参考以下描述和所附权利要求，这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图说明示例性实施方式，并且与描述一起用于解释本公开的主题的某些原理。

附图说明

在参考附图的说明书中阐述针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，包括其最佳模式，其中：

图1A显示示例性应力-应变曲线，其一般地比较了非晶金属与微晶晶粒金属；

图1B显示示例性应力-应变曲线，其一般地比较了超细纳米晶粒金属与微晶晶粒金属；

图2显示示例性应力-应变曲线，其一般地比较了超细纳米晶粒金属与具有晶界钉扎的纳米晶粒金属；

图3显示将堆垛层错能与镍钴合金中钴的百分数相关联的图；