本发明属于合金材料制造技术领域，具体涉及一种耐高温合金及其制备方法。
背景技术：
合金，是两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。一般通过溶合成均匀液体和凝固而得。根据组成元素的数目，可以分为二元合金、三元合金和多合金。合金材料的熔点越高，其可使用的温度限度越高，这是因为随着温度的升高，合金材料的机械性能显著下降。而耐高温合金是指在760--1500℃以上及一定应力条件下长期工作的高温金属材料，具有优异的高温强度，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，已成为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。由于耐高温合金具有广泛的用途，对其性能也提出了更高的要求。目前市场上的耐高温合金性质地粗糙，在高温环境下合金的抗氧化性以及抗拉性能不稳定，因此，迫切地需要一种新的技术方案解决上述问题。
技术实现要素：
本发明克服了上述技术问题的缺点，提供了一种耐高温合金及其制备方法，制得的合金性能优异并且稳定。
本发明通过以下技术方案实现本发明的目的：
一种耐高温合金，主要由如下重量份的原料制成：镍粉12-20份、铝粉10-18份、铁粉0.5-1.5份、铬粉5-15份、铌粉5-10份、铈粉3-8份、钨粉1-4份、钼粉1-3份、镁粉0.15-0.25份、坦粉0.5-1.8份、碳粉0.01-0.1份、硼粉0.001-0.008份、二盐基亚磷酸铅1.5-3.5份、表面活性剂0.4-0.9份、粘结剂0.2-0.7份、助熔剂0.3-1.2份和抗氧化剂0.2-0.5份。
进一步的，所述耐高温合金主要由如下重量份的原料制成：镍粉13-18份、铝粉12-16份、铁粉0.7-1.2份、铬粉7-12份、铌粉6-9份、铈粉4-7份、钨粉1.5-3.5份、钼粉1.5-2.5份、镁粉0.16-0.23份、坦粉0.6-1.5份、碳粉0.03-0.07份、硼粉0.002-0.007份、二盐基亚磷酸铅2-3份、表面活性剂0.5-0.8份、粘结剂0.3-0.6份、助熔剂0.4-1.1份和抗氧化剂0.3-0.4份。
进一步的，所述耐高温合金主要由如下重量份的原料制成：镍粉15份、铝粉14份、铁粉0.8份、铬粉10份、铌粉8份、铈粉5份、钨粉3份、钼粉2份、镁粉0.2份、坦粉1.2份、碳粉0.05份、硼粉0.006份、二盐基亚磷酸铅2.5份、表面活性剂0.6份、粘结剂0.5份、助熔剂0.8份和抗氧化剂0.35份。
进一步的，所述表面活性剂为芥酸酰胺、石蜡、油酸、壬基酚聚氧乙烯醚或甲基丙烯酸十八酯中的一种或两种以上。
进一步的，所述粘结剂为聚乙烯醇缩醛或聚碳酸醋。
进一步的，所述助熔剂为氧化钙、二氧化硅或溴化锂中的一种或两种以上。
进一步的，所述抗氧化剂为磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成。
本发明还提供一种制备耐高温合金的方法，该方法包括如下步骤：
(1)按上述重量份称取各原料；
(2)将所述镍粉、铝粉、铁粉、铬粉、铌粉、铈粉、钨粉、钼粉、镁粉、坦粉、碳粉和硼粉依次放入搅拌球磨机中进行搅拌研磨，所述球磨机的搅拌速度为450-500rpm，搅拌30-45min后得到混合料，将所述混合料进行真空中频感应熔炼、浇注铸锭、碾碎成纳米合金粉；
(3)将步骤(2)获得的纳米合金粉与所述二盐基亚磷酸铅、表面活性剂、粘结剂、助熔剂和抗氧化剂混合，然后加入20-25份水，在600-850℃下，搅拌3-5h，得到混合液；
(4)将步骤(3)获得的混合液过滤、干燥，过滤的目数为30-60目，干燥温度为85-100℃，制成合金混合料粒；
(5)将所述合金混合料粒通过双螺旋杆挤出机，在熔融温度为480-600℃中熔融挤出，制成合金毛坯；
(6)将所述合金毛坯放入烧结炉进行烧结成型，烧结成型时的烧结温度为1500-1530℃，烧结压力为10-11Mpa，烧结时间为40-120min。
本发明部分原料的功能介绍如下：
铈粉是稀土元素粉末，适量的稀土元素加入合金中可明显提高合金的抗拉伸性能，这是由于固溶在γ基体的稀土在晶界发生偏聚，进而强化了晶界，延缓了裂纹的形成和扩展；另外，添加铈粉还可以降低合金的氧化速率，并且随着温度的升高这种特性更明显。
镁粉加入合金中，镁偏聚在晶界，提高了晶界强度，延缓了裂纹的形成，高温能够提高合金拉伸的时间和持久伸长率，从而延长了合金的持久寿命。
碳是晶界强化元素，可作为炼钢用精炼剂或脱氧剂，利用碳氧反应把O含量降低。熔入液态合金中的C可以提高其流动性，改善铸造性能，因此，铸造高温合金中的C含量通常比变形合金中的要高。
硼是高温合金中应用最广泛的微合金化元素，绝大多数变形高温合金和铸造高温合金中都加入微量硼，使合金在高温下仍具有持久的塑形。
二盐基亚磷酸铅，白色至微褐色细微结晶粉末，能够提高合金的热稳定性，具有抗氧化和耐热的能力。
芥酸酰胺是一种白色粉末，具有较高的熔点和热稳定性，加入合金中可以使合金表面光滑，增加合金的耐磨性。
油酸为无色油状液体，是一种阴离子表面活性剂，碳链长度与硬脂酸相同。
壬基酚聚氧乙烯醚是以壬基酚和环氧乙烷在催化剂作用下缩合反应的非离子表面活性剂，具有各种不同的亲水亲油平衡值，其有良好的渗透、乳化、分散、抗酸、抗碱、抗硬水、抗还原和抗氧化能力；常温下，壬基酚为无色或淡黄色液体，略带苯酚气味，不溶于水；壬基酚聚氧乙烯醚是壬基酚的衍生物，烷基酚聚氧乙烯醚类化合物，是广泛使用的非离子表面活性剂的主要代表。
甲基丙烯酸十八酯是一种白色固体，无刺激性气味，温度不会影响其的吸附平衡时间，温度升高有利于表面活性剂的吸附。
聚乙烯醇缩醛具有耐热性、耐磨性等优点，是一种性能优良的粘结剂。
聚碳酸醋具有优良的力学性能和热稳定性，在高温环境下表现出高度的活性与极性，能将合金元素很好地粘结。
氧化钙一种无机化合物，俗名生石灰，物理性质是表面白色粉末，不纯者为灰白色，含有杂质时呈淡黄色或灰色，具有吸湿性，一般指能降低其物质的软化、熔化或液化温度的物质。在冶金学中，氧化钙能降低其物质的软化、熔化或液化温度的物质，与矿物中的杂质结合成渣而与金属分离，以达到熔炼或精炼的目的，是一种碱性助熔剂。
二氧化硅是一种难溶于水的白色固体，作为合金制作中的助熔剂，要求的温度低，适用性强。
溴化锂是白色粉末或粒状晶体，属立方晶系，无色透明或淡黄色液体，能够与矿物中的杂质结合成渣而与金属分离，以达到熔炼或精炼的目的。
磷酸为白色固体，大于42℃时为无色粘稠液体，处理金属表面，在金属表面生成难溶的磷酸盐薄膜，以保护金属免受腐蚀，能够与金属离子络合，钝化催化氧化作用，可以增强抗氧化剂的作用。
二甲基酮肟又称为丙酮肟，是一种肟类化合物，具有较强的还原性，常温下为白色片状结晶，熔点为60～61℃，易溶于水、醇、醚、酮、烃、石油醚等有机溶剂，是以羟胺和羰基化合物以缩合反应而制得的新型锅炉水除氧剂，有较强的还原性，有似水合氯醛气味，在空气中挥发很快，呈中性反应，在稀酸中易水解。能快速降低水中的溶解氧，在金属钢材表面形成良好的磁性氧化物保护膜，防止氧腐蚀，并对金属表面起到缓蚀和钝化的作用，且具有用量少、无毒、排放无污染等优点。
本发明的耐高温合金及其制备方法具有以下优点：
1、本发明的耐高温合金优化设计了镍粉、铝粉、铁粉、铬粉以及铌粉的加入量，使其各自相互协同作用，提高合金的高温强度和持久强度。适量的铈粉以及镁粉的添加，延缓了合金裂纹的形成和扩展，提高了合金的拉伸的时间和持久伸长率；另外，钨粉、钼粉、坦粉、碳粉以及硼粉的增加，进一步优化合金的抗氧化性能，维持良好的组织稳定性，并且具有一定的阻燃性。所述二盐基亚磷酸铅作为一种热稳定剂，可以提高合金的抗氧化和耐热的能力。在合金制作过程中，随着镍、铬等金属不断溶解在水中，水的硬度逐渐升高，采用所述芥酸酰胺、石蜡、油酸、壬基酚聚氧乙烯醚或甲基丙烯酸十八酯中的一种或两种以上作为表面活性剂，能够降低水的硬度，以及降低合金元素之间的摩擦系数，起到润滑作用，还具有优异的防锈性能。采用所述聚乙烯醇缩醛或聚碳酸醋作为粘结剂，使本发明的合金具备优异的抗剪切强度和抗冲击特性。采用所述氧化钙、二氧化硅或溴化锂中的一种或两种以上作为助熔剂，能够与合金原料中的杂质结合成渣而与金属分离，降低合金元素的熔化温度，以达到熔炼或精炼合金的目的。采用磷酸和二甲基酮肟以重量份比为1:3混合而成的混合料作为抗氧化剂，所述磷酸能够增强所述二甲基酮肟的抗氧化性，二者结合使用能在合金表面形成一层致密氧化膜，以增强本发明的耐高温合金的防腐能力。综上，本发明的耐高温合金力学性能优异，具有耐高温、耐磨损、抗氧化、抗拉伸、性能稳定等特点。
2、本发明的耐高温合金生产工艺简单、易于操作和控制，所使用的原料环保，对环境污染小。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
除特别说明外，本发明的原料的重量份为每份1kg。
实施例1
一种耐高温合金，主要由如下重量份的原料制成：镍粉12份、铝粉10份、铁粉0.5份、铬粉5份、铌粉5份、铈粉3份、钨粉1份、钼粉1份、镁粉0.15份、坦粉0.5份、碳粉0.01份、硼粉0.001份、二盐基亚磷酸铅1.5份、表面活性剂0.4份、粘结剂0.2份、助熔剂0.3份和抗氧化剂0.2份。
其中，所述表面活性剂为芥酸酰胺；所述粘结剂为聚乙烯醇缩醛；所述助熔剂为氧化钙；所述抗氧化剂为磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成。
本发明实施例还提供一种制备耐高温合金的方法，该方法包括如下步骤：
(1)按上述重量份称取各原料；
(2)将所述镍粉、铝粉、铁粉、铬粉、铌粉、铈粉、钨粉、钼粉、镁粉、坦粉、碳粉和硼粉依次放入搅拌球磨机中进行搅拌研磨，所述球磨机的搅拌速度为450rpm，搅拌30min后得到混合料，将所述混合料进行真空中频感应熔炼、浇注铸锭、碾碎成纳米合金粉；
(3)将步骤(2)获得的纳米合金粉与所述二盐基亚磷酸铅、芥酸酰胺、聚乙烯醇缩醛、氧化钙及由磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成的抗氧化剂混合，然后加入20份水，在600℃下，搅拌3h，得到混合液；
(4)将步骤(3)获得的混合液过滤、干燥，过滤的目数为30目，干燥温度为85℃，制成合金混合料粒；
(5)将所述合金混合料粒通过双螺旋杆挤出机，在熔融温度为480℃中熔融挤出，制成合金毛坯；
(6)将所述合金毛坯放入烧结炉进行烧结成型，烧结成型时的烧结温度为1500℃，烧结压力为10Mpa，烧结时间为40min。
采用上述方法制得的合金具有耐高温、耐磨损、抗氧化、抗拉伸、性能稳定等特点。
实施例2
一种耐高温合金，主要由如下重量份的原料制成：镍粉20份、铝粉18份、铁粉1.5份、铬粉15份、铌粉10份、铈粉8份、钨粉4份、钼粉3份、镁粉0.25份、坦粉1.8份、碳粉0.1份、硼粉0.008份、二盐基亚磷酸铅3.5份、表面活性剂0.9份、粘结剂0.7份、助熔剂1.2份和抗氧化剂0.5份。
其中，所述表面活性剂为石蜡；所述粘结剂为聚碳酸醋；所述助熔剂为二氧化硅；所述抗氧化剂为磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成。
本发明实施例还提供一种制备耐高温合金的方法，该方法包括如下步骤：
(1)按上述重量份称取各原料；
(2)将所述镍粉、铝粉、铁粉、铬粉、铌粉、铈粉、钨粉、钼粉、镁粉、坦粉、碳粉和硼粉依次放入搅拌球磨机中进行搅拌研磨，所述球磨机的搅拌速度为500rpm，搅拌45min后得到混合料，将所述混合料进行真空中频感应熔炼、浇注铸锭、碾碎成纳米合金粉；
(3)将步骤(2)获得的纳米合金粉与所述二盐基亚磷酸铅、石蜡、聚碳酸醋、二氧化硅及由磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成的抗氧化剂混合，然后加入25份水，在850℃下，搅拌5h，得到混合液；
(4)将步骤(3)获得的混合液过滤、干燥，过滤的目数为60目，干燥温度为100℃，制成合金混合料粒；
(5)将所述合金混合料粒通过双螺旋杆挤出机，在熔融温度为600℃中熔融挤出，制成合金毛坯；
(6)将所述合金毛坯放入烧结炉进行烧结成型，烧结成型时的烧结温度为1530℃，烧结压力为11Mpa，烧结时间为120min。
采用上述方法制得的合金具有耐高温、耐磨损、抗氧化、抗拉伸、性能稳定等特点。
实施例3
一种耐高温合金，主要由如下重量份的原料制成：镍粉13份、铝粉12份、铁粉0.7份、铬粉7份、铌粉6份、铈粉4份、钨粉1.5份、钼粉1.5份、镁粉0.16份、坦粉0.6份、碳粉0.03份、硼粉0.002份、二盐基亚磷酸铅2份、表面活性剂0.5份、粘结剂0.3份、助熔剂0.4份和抗氧化剂0.3份。
其中，所述表面活性剂为油酸；所述粘结剂为聚乙烯醇缩醛；所述助熔剂为溴化锂；所述抗氧化剂为磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成。
本发明实施例还提供一种制备耐高温合金的方法，该方法包括如下步骤：
(1)按上述重量份称取各原料；
(2)将所述镍粉、铝粉、铁粉、铬粉、铌粉、铈粉、钨粉、钼粉、镁粉、坦粉、碳粉和硼粉依次放入搅拌球磨机中进行搅拌研磨，所述球磨机的搅拌速度为450rpm，搅拌30min后得到混合料，将所述混合料进行真空中频感应熔炼、浇注铸锭、碾碎成纳米合金粉；
(3)将步骤(2)获得的纳米合金粉与所述二盐基亚磷酸铅、油酸、聚乙烯醇缩醛、溴化锂及由磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成的抗氧化剂混合，然后加入20份水，在600℃下，搅拌3h，得到混合液；
(4)将步骤(3)获得的混合液过滤、干燥，过滤的目数为30目，干燥温度为85℃，制成合金混合料粒；
(5)将所述合金混合料粒通过双螺旋杆挤出机，在熔融温度为480℃中熔融挤出，制成合金毛坯；
(6)将所述合金毛坯放入烧结炉进行烧结成型，烧结成型时的烧结温度为1500℃，烧结压力为10Mpa，烧结时间为40min。
采用上述方法制得的合金具有耐高温、耐磨损、抗氧化、抗拉伸、性能稳定等特点。
实施例4
一种耐高温合金，主要由如下重量份的原料制成：镍粉18份、铝粉16份、铁粉1.2份、铬粉12份、铌粉9份、铈粉7份、钨粉3.5份、钼粉2.5份、镁粉0.23份、坦粉1.5份、碳粉0.07份、硼粉0.007份、二盐基亚磷酸铅3份、表面活性剂0.8份、粘结剂0.6份、助熔剂1.1份和抗氧化剂0.4份。
其中，所述表面活性剂为油酸与壬基酚聚氧乙烯醚按重量比1:1混合组成；所述粘结剂为聚碳酸醋；所述助熔剂为氧化钙与溴化锂混合组成；所述抗氧化剂为磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成。
本发明实施例还提供一种制备耐高温合金的方法，该方法包括如下步骤：
(1)按上述重量份称取各原料；
(2)将所述镍粉、铝粉、铁粉、铬粉、铌粉、铈粉、钨粉、钼粉、镁粉、坦粉、碳粉和硼粉依次放入搅拌球磨机中进行搅拌研磨，所述球磨机的搅拌速度为500rpm，搅拌45min后得到混合料，将所述混合料进行真空中频感应熔炼、浇注铸锭、碾碎成纳米合金粉；
(3)将步骤(2)获得的纳米合金粉与所述二盐基亚磷酸铅、油酸与壬基酚聚氧乙烯醚混合组成的表面活性剂、聚碳酸醋、氧化钙与溴化锂混合组成的助熔剂及由磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成的抗氧化剂混合，然后加入25份水，在850℃下，搅拌5h，得到混合液；
(4)将步骤(3)获得的混合液过滤、干燥，过滤的目数为60目，干燥温度为100℃，制成合金混合料粒；
(5)将所述合金混合料粒通过双螺旋杆挤出机，在熔融温度为600℃中熔融挤出，制成合金毛坯；
(6)将所述合金毛坯放入烧结炉进行烧结成型，烧结成型时的烧结温度为1530℃，烧结压力为11Mpa，烧结时间为120min。
采用上述方法制得的合金具有耐高温、耐磨损、抗氧化、抗拉伸、性能稳定等特点。
实施例5
一种耐高温合金，主要由如下重量份的原料制成：镍粉15份、铝粉14份、铁粉0.8份、铬粉10份、铌粉8份、铈粉5份、钨粉3份、钼粉2份、镁粉0.2份、坦粉1.2份、碳粉0.05份、硼粉0.006份、二盐基亚磷酸铅2.5份、表面活性剂0.6份、粘结剂0.5份、助熔剂0.8份和抗氧化剂0.35份。
其中，所述表面活性剂为甲基丙烯酸十八酯；所述粘结剂为聚乙烯醇缩醛；所述助熔剂为溴化锂；所述抗氧化剂为磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成。
本发明实施例还提供一种制备耐高温合金的方法，该方法包括如下步骤：
(1)按上述重量份称取各原料；
(2)将所述镍粉、铝粉、铁粉、铬粉、铌粉、铈粉、钨粉、钼粉、镁粉、坦粉、碳粉和硼粉依次放入搅拌球磨机中进行搅拌研磨，所述球磨机的搅拌速度为480rpm，搅拌35min后得到混合料，将所述混合料进行真空中频感应熔炼、浇注铸锭、碾碎成纳米合金粉；
(3)将步骤(2)获得的纳米合金粉与所述二盐基亚磷酸铅、甲基丙烯酸十八酯、聚乙烯醇缩醛、溴化锂及由磷酸和二甲基酮肟以重量份比例1:3混合而成的抗氧化剂混合，然后加入23份水，在700℃下，搅拌4h，得到混合液；
(4)将步骤(3)获得的混合液过滤、干燥，过滤的目数为40目，干燥温度为90℃，制成合金混合料粒；
(5)将所述合金混合料粒通过双螺旋杆挤出机，在熔融温度为550℃中熔融挤出，制成合金毛坯；
(6)将所述合金毛坯放入烧结炉进行烧结成型，烧结成型时的烧结温度为1520℃，烧结压力为10.5Mpa，烧结时间为100min。
采用上述方法制得的合金具有耐高温、耐磨损、抗氧化、抗拉伸、性能稳定等特点。
申请人还对本发明的耐高温合金的力学性能进行了实验，实验数据如下：
实验组为采用实施例1-5的方案制得的耐高温合金；对照组采用市场上普通的耐高温合金，对实验组与对照组的耐高温合金的力学性能进行实验，并将相关数据记录至表1中。
表1
从表1中可以看出，本实验组的耐高温合金的力学性能均优于对照组，如采用实验组1的方法制备出的合金，在室温时，实验组1与对照组的合金相比，屈服强度与抗拉强度均相差无几，随着温度分别升高至780℃、1200℃和1500℃时，实验组1的屈服强度分别比对照组高58MPa、170MPa和208MPa；抗拉强度分别比对照组高58MPa、170MPahe 140MPa。说明使用本发明制得的耐高温合金力学性能优异。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。