【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種ir-rh-re合金及其制備方法，屬于合金制備。
技術介紹
1、目前，國內外航天一代發動機噴管普遍使用傳統的鈮鉿高溫合金材料(c103合金)。雖然鈮合金的熔點較高，但抗氧化性能較差，高溫氧化環境中必須使用硅化物等陶瓷涂層保護。由于材料性能的限制，難熔金屬/硅化物材料體系高溫材料的工作溫度不能超過1300℃。隨著航天等高技術的快速發展，提出了研制二代航天發動機的急迫需求。近年來，國際上航天發達國家或地區開始將銥基高溫合金應用于航天空間推進發動機
，如歐洲eads公司、德國mmb公司等將銥基合金材料噴管大量應用于無毒推進、單組元及雙組元發動機。該型發動機已被選為cluster科學計劃衛星、artemis實驗通訊衛星及sb300衛星等的推進系統姿控發動機。由于銥基合金本身具有極強的高溫抗氧化性能，噴管無需涂層保護，大大提高了噴管產品質量的穩定性和發動機工作的可靠性。但出于技術保密的需要，國外文獻并未報道其所應用的銥基合金的具體成分。
2、航天二代發動機噴管使用的高溫材料工作環境極為惡劣，既需要在1500～1600℃的高溫下長期穩定工作，又需要具有抗強氧化性燃氣高溫侵蝕的能力；其次，發動機工作壽命要求達到10小時以上，發動機燃燒室室壓可達1.5mpa以上。噴管長期工作在高溫、高壓及強氧化腐蝕環境中，為保證其長期工作的可靠性，對材料的高溫力學性能和抗氧化性能提出了更高的要求，如衛星、飛船等空間飛行器的發動機對噴管材料的主要技術要求是：1500℃時的高溫抗拉強度≥40mpa；1500℃，10h時的持久強度
3、銥具有較高的熔點(2446℃)，極強的抗氧化、耐腐蝕性能及化學穩定性，高溫使用時無須涂層保護，已成為很多特殊應用環境中不可缺少的高溫結構材料，如玻纖工業漏板、實驗分析及晶體生長用器皿材料等。純銥強度較高但塑性較差，作為結構材料需要合金化或復合化才能滿足使用要求。銥基體能被多種強化機制所強化，如固溶強化、形變強化、晶界強化、第二相強化、金屬間化合物強化等。為此，人們對銥的強化理論和機制進行了長期的研究，開發了多種強化銥材料。
4、目前，獲得實際使用的銥基合金材料品種繁多，涉及的高溫材料主要有兩類，即固溶強化型合金和彌散強化型復合材料。固溶強化型合金主要包括ir-rh、ir-cu、pt-ir、ir-ni、ir-w等二元合金，ir-ni-w、ir-rh-ru等三元合金。其中以pt-30ir合金的高溫力學性能最高，如1500℃的持久強度達到15mpa，但該合金的加工性能較差，難以加工成噴管、坩堝等具有復雜形狀的部件；低rh含量的ir-rh合金的加工性能雖然較好，但高溫力學性能達不到實際使用的技術要求。現有ir-rh合金中，以ir-30rh的力學性能最好，但其1500℃，10h的持久強度僅為8mpa。進一步提高rh可以增加其高溫力學性能，但加工性能變得很差。研究發現，在純ir或低rh含量的ir-rh合金中添加少量的稀土元素，可以提高合金的高溫強度。
5、彌散強化型銥基復合材料主要包括以彌散氧化物顆粒為強化相的ods、zgs及dph三種，其高溫力學性能普遍高于同成分的固溶型銥基合金，如dph?ir-10rh復合材料在1600℃，10h條件下的持久強度達到7.5mpa，是ir-10rh合金的2倍。許多應用場合需要將高溫結構部件與其他金屬進行熔焊連接使用，但彌散強化銥基復合材料在熔化后較輕的氧化物顆粒從熔體中浮出，導致焊接處的強度下降至未強化的水平；另外，彌散強化后材料的延展性大大下降、脆性增加導致加工困難，以及應力集中時易于開裂等問題，不能滿足航天發動機噴管及坩堝材料的使用要求。
6、為了進一步提高銥基合金的高溫力學性能，近年來人們正在積極尋求并研究具有與γ/γ’沉淀強化鎳基高溫合金具有類似結構的銥基高溫合金。ir能與al及過渡金屬(如zr、hf、nb、ta等)形成面心立方(fcc)結構的固溶體和l12型有序金屬間化合物ir3x(x為al或過渡金屬，l12相亦稱γ’相)，fcc與γ’相形成理想的高溫強化共格結構。研究人員對ir-hf、ir-zr、ir-al、ir-al-cr及ir-al-cr-ni合金系的研究發現，ir固溶體均能與l12結構有序相平衡存在。但目前為止，未發現這些處于研究之中的沉淀強化型銥基合金材料的高溫力學、抗氧化等技術性能參數和實際應用的報道。
7、衛星、飛船等空間飛行器的發動機對噴管材料的主要技術要求是：1500℃時的高溫抗拉強度≥40mpa；1500℃，10h時的持久強度≥10mpa；1500℃，5mpa，蠕變壽命≥50h；1500℃，5mpa，蠕變速率≤0.15％/h；靜態大氣條件下，1500℃，10h合金失重≤150mg/cm2。目前，性能最好的銥基合金或復合材料的性能也難以滿足以上航天高溫結構材料的綜合技術要求。
8、本專利技術結合銥基合金的固溶強化、沉淀強化與晶粒細化強化等復合強化機制，通過在高rh含量的ir-rh中添加微量的稀土元素，專利技術一種具有高強度、抗氧化及耐腐蝕等綜合優良性能的ir-rh-re高溫合金結構材料，以滿足航天及其他高
對高性能高溫結構材料的需求。
技術實現思路
1、為了提高銥基合金的性能，本專利技術的目的之一是提供一種ir-rh-re合金，所述ir-rh-re合金按質量百分數計，包括如下含量的物質：69％～75％的ir、25％～30％的rh和0.05％～0.5％的re，其中ir、rh和re總的質量百分數為100％。
2、優選的，所述re為la、ce中的一種或兩種的按任意比例復合添加。
3、本專利技術的另一目的是提供一種ir-rh-re合金的制備方法，包括合金的預合金化、熔煉澆鑄、均勻化熱處理、熱鍛加工、表面處理及冷鍛加工，具體步驟如下所述：
4、(1)預合金化：將配置好的合金原料放入電弧爐中熔煉得到預合金化的合金錠。
5、(2)熔煉澆鑄：將步驟(1)得到的預合金化的合金錠放入坩堝中，在真空-充氬氣條件下進行熔煉澆鑄，得到合金錠坯。
6、(3)均勻化熱處理：將步驟(2)得到的合金錠坯放入真空爐中進行均勻化熱處理。
7、(4)熱鍛加工：將經過步驟(3)處理的合金錠坯進行熱鍛加工，熱鍛加工包括軋制和去應力退火，得到合金棒材。
8、(5)表面處理：將步驟(4)得到的合金棒材，依次進行酸洗和車加工進行表面處理，去除棒材表面雜質及表面缺陷。
9、(6)冷鍛加工：將經過步驟(5)處理的合金棒材進行冷鍛加工，最終獲得半硬態的合金棒材。
10、優選的，步驟(1)中熔煉條件為：在真空充氬氣條件下進行，充氬氣前電弧熔煉爐內真空度不低于0.01pa，錠子本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種Ir-Rh-RE合金，其特征在于：所述Ir-Rh-RE合金按質量百分數計，包括如下含量的物質：69％～75％的Ir、25％～30％的Rh和0.05％～0.5％的RE，其中Ir、Rh和RE總的質量百分數為100％。
2.根據權利要求1所述Ir-Rh-RE合金，其特征在于：所述RE為La、Ce中的一種或兩種的按任意比例復合添加。
3.權利要求1所述Ir-Rh-RE合金的制備方法，其特征在于：包括合金的預合金化、熔煉澆鑄、均勻化熱處理、熱鍛加工、表面處理及冷鍛加工，具體步驟如下所述：
4.根據權利要求3所述Ir-Rh-RE合金的制備方法，其特征在于：步驟(1)中熔煉條件為：在真空充氬氣條件下進行，充氬氣前電弧熔煉爐內真空度不低于0.01Pa，錠子需翻轉熔煉3～4次。
5.根據權利要求3所述Ir-Rh-RE合金的制備方法，其特征在于：步驟(2)中所述坩堝為氧化鋯坩堝；熔煉條件為：真空度不低于0.01Pa，熔煉溫度為1900～2000℃，澆鑄采用水冷銅模澆鑄，澆鑄時間10～20S。
6.根據權利要求3所述Ir-Rh-RE合
7.根據權利要求3所述Ir-Rh-RE合金的制備方法，其特征在于：步驟(4)中軋制每道次變形量控制在5％以內，累計變形量達30％時進行去應力退火，退火溫度1200℃～1300℃，時間不少于0.5h。
...【技術特征摘要】
1.一種ir-rh-re合金，其特征在于：所述ir-rh-re合金按質量百分數計，包括如下含量的物質：69％～75％的ir、25％～30％的rh和0.05％～0.5％的re，其中ir、rh和re總的質量百分數為100％。
2.根據權利要求1所述ir-rh-re合金，其特征在于：所述re為la、ce中的一種或兩種的按任意比例復合添加。
3.權利要求1所述ir-rh-re合金的制備方法，其特征在于：包括合金的預合金化、熔煉澆鑄、均勻化熱處理、熱鍛加工、表面處理及冷鍛加工，具體步驟如下所述：
4.根據權利要求3所述ir-rh-re合金的制備方法，其特征在于：步驟(1)中熔煉條件為：在真空充氬氣條件下進行，充氬氣前電弧熔煉爐內真空度不...
【專利技術屬性】
技術研發人員：魏燕，文嘉棟，肖祥興，王獻，武海軍，蔡宏中，胡昌義，陳力，陳登權，李旭銘，張貴學，汪星強，趙興東，王學航，張詡翔，徐應，羅錫明，姚亮，韋克川，
申請(專利權)人：昆明貴金屬研究所，
類型：發明
國別省市：
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