[发明专利]一种高浓度Re/Ru高承温能力的镍基单晶超合金及其制备方法

权利要求书

1.一种高浓度Re/Ru高承温能力的镍基单晶超合金，其特征在于：该合金以Al、Ta、Cr、Co、W、Mo、Re及Ru为主要添加元素，以质量百分比计算，其组成如下：铝5.3％～6.5％，钽7.0％～8.0％，铬2.5％～4.0％，钴4.2％～5.5％，钼2.0～3.5％，钨4.3～5.5％，铼5.8～6.8％，钌4.8～5.8％，铪0.07～0.14％，余量为镍和不可避免的杂质；

其中，本发明合金中Mo的最佳质量百分数为2.0～2.4％。

2.根据权利要求1所述的高浓度Re/Ru高承温能力镍基单晶超合金，其特征在于：设定6％Re/5％Ru为本发明的目标控制浓度，Re/Mo的比值控制在2.5～2.9，Cr的最佳质量百分数控制在2.9～3.3％，Al/Cr的比值控制在1.8～2.2，再通过计算合金中电子空位数，调整其它元素的加入量。

3.一种如权利要求1所述的高浓度Re/Ru高承温能力镍基单晶超合金的制备方法，其特征在于：选取权利要求1所述的纯金属原材料，在真空感应炉中熔炼母合金锭；母合金经真空重熔后，采用选晶法在高温度梯度定向凝固炉中制备单晶部件，其中，浇注温度控制在1500～1570℃范围内，温度梯度控制在50-100℃/cm，抽拉速率为2～10mm/min；

该合金采用八级热处理工艺如下：1310℃×1h+1315℃×2h+1320℃×4h+1325℃×10h+1330℃×10h+1334℃×10h，空气冷却+1170℃×4h，空气冷却+870℃×24h，空气冷却。

4.根据权利要求3所述的高浓度Re/Ru高承温能力镍基单晶超合金的制备方法，其特征在于：对上述工艺制备的高浓度Re/Ru镍基超合金单晶棒，采用差热分析，确定出该合金的初熔温度为1345℃，γ′相的析出温度是800℃～1120℃，合金的热处理窗口为：1257℃～1340℃。

5.根据权利要求3所述的高浓度Re/Ru高承温能力镍基单晶超合金的制备方法，其特征在于：采用分级加热的高温固溶热处理工艺，以使低熔点共晶组织溶解，避免初熔，采用1334℃高温固溶处理，以降低合金的偏析程度，避免TCP相析出；采用1170℃一次时效处理及二次时效处理，使合金中立方γ'相尺寸约为0.4μm，体积分数大于70％。

6.根据权利要求3所述的高浓度Re/Ru高承温能力镍基单晶超合金的制备方法，其特征在于：采用1334℃高温固溶处理，使元素Re、Ru溶入γ′-Ni₃Al相的原子百分数大于1.53％，难熔元素Ta、Mo、W、Re、Ru溶入γ'相的原子百分数大于8.87％，合金元素溶入γ'、γ两相的原子百分数分别大于30.35％和41.17％。

7.根据权利要求3所述的高浓度Re/Ru高承温能力镍基单晶超合金的制备方法，其特征在于：蠕变期间Re、Ru、W重原子聚集于近γ′/γ两相界面的γ基体中，Ru与Re的相互作用，使Re溶入γ基体相的原子百分数大于7.48％，形成Re原子的局部浓度聚集区，其引起的晶格畸变可抑制和延缓蠕变位错剪切进入γ′-Ni₃Al相。

8.根据权利要求3所述的高浓度Re/Ru高承温能力镍基单晶超合金的制备方法，其特征在于：仅在大于1040℃蠕变期间，原立方γ'相可沿垂直于应力轴方向转变成筏状结构。

9.根据权利要求3所述的高浓度Re/Ru高承温能力镍基单晶超合金的制备方法，其特征在于：较多Re、W重原子溶入γ′相，1150℃高温蠕变期间，仍在γ′-Ni₃Al相中形成和保留K-W锁，抑制位错运动，提高合金的高温强度和蠕变抗力。

10.根据权利要求3所述的高浓度Re/Ru高承温能力镍基单晶超合金的制备方法，其特征在于：在八级热处理及高温蠕变期间，该超合金无TCP相析出，并保持高的承温能力、优异的高温力学和蠕变抗力。