粉末高溫合金

粉末冶金高溫合金

powder metallurgy superalloy 用粉末冶金工藝製成的高溫合金。這類合金最早起源於彌散強化合金。1962年美國杜邦公司根據二氧化釷在鎢中具有彌散強化作用的原理，研製出一種用粉末冶金工藝製成的二氧化釷彌散強化的高溫材料，稱之為TD鎳，從而開始了粉末冶金高溫合金的生產。

粉末冶金高溫合金通常按合金強化方式分為彌散強化型和沉澱強化型兩類。彌散強化型高溫合金是用惰性氧化物來強化的，這種氧化物的物理和化學性能高度穩定，在一般沉澱強化相軟化、聚集甚至溶解的溫度下，仍保持相當高的強化效果。由於這種惰性氧化物必須彌散均勻分佈才有強化效果，且它與基體合金比重相差懸殊，無法用常規的熔煉工藝來生產，而只能採用粉末冶金方法。彌散強化高溫合金除了用內氧化、化學共沉澱、選擇性還原等方法製取外，1970年美國的J.S.本傑明又首次用機械合金化新工藝製成了用氧化釔彌散強化的高溫合金。機械合金化是用金屬粉或中間合金粉與氧化物彌散相混合，在高能球磨機中球磨，使粉末反覆焊合、破碎，從而使每一顆粉末成為“顯微合金”顆粒。這種新的工藝方法可以製造成分十分複雜的彌散強化高溫合金。

沉澱強化型高溫合金，它是為了克服常規熔煉工藝的缺點，提高高溫合金的綜合性能，並為提高合金利用率而發展起來的。這種粉末冶金高溫合金採用預合金化粉末，每個粉末顆粒實際上就是一個“顯微鋼錠”，合金偏析只能在粉末顆粒的細小範圍內發生。因此，與相同成分的鑄造合金相比，沉澱強化型高溫合金的成分偏析小，初熔溫度高，有害相析出的傾向小，提高了合金的綜合性能；並且能使本來難於變形的合金成型，減少了切削加工量，提高了合金的利用率。特別是隨著高溫合金成分日趨複雜、零件尺寸不斷增大，這種粉末冶金高溫合金顯示出更大的優越性。

高溫合金通常含有活潑元素，並且由於粉末顆粒的冷態不可壓縮性，合金在整個粉末冶金製造過程中都必須始終在真空或惰性氣體保護之下，而且必須採用熱態成形工藝。為了適應粉末冶金高溫合金的發展，一系列先進的粉末冶金技術，如真空或惰性氣體霧化法、真空旋轉電極法、真空電子束旋轉電極法等制粉技術，以及熱等靜壓、熱擠壓、超塑性等溫鍛造等成形工藝得到發展。應用新發展的一種快速凝固技術，可使粉末冷卻速度達100萬度／秒，其初熔溫度又比一般粉末進一步提高，因而更有利於提高高溫強度。

粉末冶金新技術的發展不但使一些高溫合金擴大了用途，如把原來只能用作燃氣輪機葉片的IN-100這種高度合金化的鑄造高溫合金成功地用粉末冶金法製成渦輪盤，從而大大提高了渦輪盤的高溫強度和工作溫度，而且還發展了一些高溫合金新品種，特別是用機械合金化生產的彌散強化、沉澱強化和固溶強化相結合的高溫合金，如MA754、MA6000等。由於綜合利用了3種強化效應，合金的強度更加提高，適用溫度範圍更廣，進一步擴大了高溫合金的使用領域。