本發(fā)明涉及一種NiAl合金及其制備方法和應(yīng)用，尤其涉及一種摻稀土元素的NiAl合金及其制備方法和其在制備玻璃熱彎模具中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：隨著工業(yè)水平的進(jìn)步和人民生活水平的日益提高，單一的平板玻璃已不能滿(mǎn)足人們的需求，樣式美觀(guān)、線(xiàn)條流暢、使用靈活的熱彎玻璃在民用場(chǎng)合的使用也越來(lái)越多。熱彎玻璃需在高溫下達(dá)到軟化點(diǎn)，在模具下壓作用下成型為精密尺寸的產(chǎn)品。玻璃熱彎模在高溫下的空氣中工作，需要與化學(xué)活性高的熔融玻璃相接觸，經(jīng)歷循環(huán)的加熱及冷卻過(guò)程，這種嚴(yán)苛的工作條件對(duì)于玻璃熱彎模具的抗氧化性能、抗摩擦磨損性能和化學(xué)穩(wěn)定性有較高的要求。石墨是目前常見(jiàn)的玻璃熱彎模具的材料，其高溫抗氧化能力差，因此需要在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行玻璃的熱彎成形，使用成本較高；此外，石墨模具不可回收利用，使用壽命低，限制了玻璃熱彎工藝的生產(chǎn)效率；石墨模具已限制了熱彎玻璃的成形向低成本、高效率方向的發(fā)展。因而，研發(fā)一種高溫力學(xué)性能優(yōu)良、高溫抗氧化性能優(yōu)良、壽命長(zhǎng)、可回收的新型玻璃熱彎模具用材料是形勢(shì)所迫。NiAl合金為B2結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)程有序，熔點(diǎn)為1638℃，工作溫度高達(dá)1250℃，高溫抗氧化性能優(yōu)良，高溫力學(xué)性能優(yōu)良，是一種具有潛力的玻璃熱彎模具用材料。但NiAl合金的室溫塑性低，室溫塑性小于1％，斷裂韌性為3-5MPa·m0.5，限制了該種材料的實(shí)際應(yīng)用。因此，對(duì)NiAl金屬間化合物進(jìn)行改性，進(jìn)一步提高其室溫塑性和高溫抗氧化性能成為業(yè)內(nèi)亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。制備多相合金是提高NiAl合金室溫塑性的的一種非常有效的方法：向合金中加入偽共晶形成元素如Cr、Mo，可形成偽共晶組織，從而起塑化作用，但是對(duì)合金的高溫強(qiáng)度改善不大，如中國(guó)專(zhuān)利CN200710176115.6、CN200710176120.7、CN200710176114.1在NiAl-Cr(Mo)合金中添加了Hf、Co、Nb等元素進(jìn)一步優(yōu)化合金成分，形成強(qiáng)化相，改善合金的高溫強(qiáng)度。Fe和Co在NiAl中均有較大固溶度，在NiAl合金中添加大量的Fe和Co，在合金中引入塑性相γ，從而形成B2+γ共晶組織，能提高合金室溫塑性[中國(guó)專(zhuān)利CN200610165120.2]，但是Fe元素的添加使得NiAl合金的高溫氧化行為復(fù)雜化，特別是降低了高溫條件下的長(zhǎng)時(shí)抗氧化性能，增厚了氧化層的厚度，使得氧化層更易于剝落。La元素對(duì)NiAl合金也有明顯的改善塑性效果，La作為一種活性元素，可以降低金屬液體的表面張力，細(xì)化合金的晶粒，對(duì)于裂紋的擴(kuò)展及聚合有更好的阻礙作用，在富Ni的NiAl合金中添加0.05wt.％的La后，合金的壓縮塑性提高至29.7％，但是La元素加劇了NiAl合金的內(nèi)氧化，提高了NiAl合金的氧化增重。綜上，采用合金化手段提高NiAl合金塑性在近年來(lái)引起了研究者的廣泛關(guān)注。但是Fe、Co、Cr、Mo、La等元素，無(wú)法在提高NiAl合金室溫塑性的同時(shí)，提高其高溫力學(xué)性能并保持其優(yōu)異的高溫抗氧化性能。因此尋找一種對(duì)NiAl合金有塑化作用并且不損失其高溫抗氧化性能的合金元素是形勢(shì)所需。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服以上
背景技術(shù)：
中提到的不足和缺陷，提供一種摻稀土元素的NiAl合金及其制備方法和其在制備玻璃熱彎模具中的應(yīng)用。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種摻稀土元素的NiAl合金，按摩爾百分含量計(jì)，所述NiAl合金的組成為：Al：37.5％～50％；RE：0.01％～2％；余量為Ni。上述的NiAl合金，優(yōu)選的，所述Al的含量為40％-50％。上述的NiAl合金，優(yōu)選的，所述RE的含量為0.05％-1％。上述的NiAl合金，優(yōu)選的，所述RE為Ce、Gd中的一種或兩種組合。作為一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的NiAl合金的制備方法，包括以下步驟：以Ni塊、Al塊、和Al-RE中間合金為原料；將Ni塊放在坩堝底部，將Al-RE中間合金放在Ni塊之上，將Al塊放在坩堝頂部，進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，熔煉溫度為1600-1800℃，即得到NiAl合金。上述的制備方法，優(yōu)選的，熔煉溫度為1680-1730℃。作為一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的NiAl合金的制備方法，包括以下步驟：以Ni粉、Al粉和Al-RE中間合金粉作為原料，采用真空熱壓法制備N(xiāo)iAl合金，其中，真空熱壓的工藝條件為：壓制壓力為15～30MPa；溫度曲線(xiàn)為：先升溫至200℃保溫1～3h；再升溫至500℃保溫1～2h；再升溫至600℃保溫2～4h，繼續(xù)升溫至800℃保溫1～2h；最后升溫至1200～1300℃保溫2h后隨爐冷卻。上述的制備方法，優(yōu)選的，壓制壓力為15MPa；溫度曲線(xiàn)為：先升溫至200℃保溫2h；再升溫至500℃保溫1h；再升溫至600℃保溫3h，繼續(xù)升溫至800℃保溫1h；最后升溫至1250℃保溫2h后隨爐冷卻。作為一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的NiAl合金在制備玻璃熱彎模具中的應(yīng)用。上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，采用真空熱壓或精密鑄造法制備玻璃熱彎模具。本發(fā)明在NiAl合金中，添加了稀土元素Ce或/和Gd，Ce或/和Gd對(duì)NiAl合金的高溫抗氧化性能具有明顯的改善作用，一方面Ce或/和Gd改變了元素的傳質(zhì)機(jī)制，使得陽(yáng)離子向內(nèi)擴(kuò)散為主，減少了氧化膜/基體間的空洞，提高了氧化膜與基體金屬的結(jié)合力，抑制了氧化膜的剝落；另一方面，Ce或/和Gd抑制了NiAl合金表面氧化膜中Al2O3由亞穩(wěn)態(tài)向穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)變；此外，Ce或/和Gd改變了氧化膜的力學(xué)性能，使得膜內(nèi)能夠容納更高的應(yīng)力或者膜內(nèi)的應(yīng)力得到更好的釋放。本發(fā)明在NiAl合金中，添加了稀土元素Ce或/和Gd，Ce或/和Gd與O、S等雜質(zhì)的親和力強(qiáng)，對(duì)合金基體有凈化作用，可改善NiAl合金的塑性；稀土元素Ce富集在晶界處，對(duì)晶界起強(qiáng)化作用，使得NiAl合金塑性得到改善；稀土元素Gd的添加使得合金中出現(xiàn)富Gd相，該相分布于晶界處和晶粒內(nèi)，不僅對(duì)晶界起強(qiáng)化作用，并且對(duì)合金基體起增韌作用。從微觀(guān)角度理解，金屬間化合物的電荷密度為各項(xiàng)異性的，使得化學(xué)鍵呈現(xiàn)共價(jià)鍵甚至離子鍵的特性，塑性金屬或合金中常見(jiàn)的自由電子并不適用于NiAl金屬間化合物；化學(xué)鍵屬性的改變，使得位錯(cuò)的形核和滑移都十分困難，因而NiAl金屬間化合物不易塑性變形，具有室溫脆性；Ce元素改變了NiAl金屬間化合物的化學(xué)鍵和電子排布，使得電荷密度更為均勻，提高了費(fèi)米能并降低了金屬間化合物的有序度，使得電荷密度更加趨向于各向同性，因而NiAl合金的室溫塑性得到了提升。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)本發(fā)明的NiAl合金中具有優(yōu)異的室溫塑性和高溫抗氧化性能。(2)本發(fā)明采用精密鑄造制備N(xiāo)iAl合金玻璃熱彎用模具，與常規(guī)熔煉鑄造相比，該方法為近凈成形方法，后續(xù)機(jī)加工工序少，節(jié)省合金原料，可降低玻璃熱彎模具的制作成本。(3)本發(fā)明采用真空熱壓制備N(xiāo)iAl合金玻璃熱彎用模具，該方法是一種近凈成形方法，并且產(chǎn)品成分均勻、晶粒小、可避免宏觀(guān)成分偏析。(4)本發(fā)明的NiAl合金用于玻璃熱彎模具領(lǐng)域，其高溫力學(xué)性能和抗氧化性能優(yōu)良，并且可回收使用，可有效提高玻璃熱彎用模具的使用壽命。附圖說(shuō)明圖1為制備外凸NiAl玻璃熱彎模具所需的精密鑄造模具示意圖。圖2為制備內(nèi)凹NiAl玻璃熱彎模具所需的精密鑄造模具示意圖。圖3為粉末冶金方法制備外凸NiAl玻璃熱彎模具所需的真空熱壓模具截面圖。圖4為粉末冶金方法制備內(nèi)凹NiAl玻璃熱彎模具所需的真空熱壓模具截面圖。具體實(shí)施方式為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和較佳的實(shí)施例對(duì)本文發(fā)明做更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體實(shí)施例。除非另有定義，下文中所使用的所有專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解含義相同。本文中所使用的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體實(shí)施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。除非另有特別說(shuō)明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設(shè)備等均可通過(guò)市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)得到或者可通過(guò)現(xiàn)有方法制備得到。實(shí)施例1：一種本發(fā)明的NiAl合金，按摩爾百分比組成包括：Al：50％；Ce：0.05％；余量為Ni。本實(shí)施例的NiAl合金的制備方法，采用真空感應(yīng)熔煉制備，以Ni塊、Al塊和Al-Ce中間合金為原料，將Ni塊放在坩堝底部，將Al-Ce中間合金放在Ni塊之上，將Al塊放在坩堝頂部，進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，熔煉溫度為1700℃，即得到本實(shí)施例的含Ce的NiAl合金。參見(jiàn)表1，表1為本實(shí)施例中的合金與Ni-50Al在800℃、1000℃、1200℃時(shí)的氧化增重對(duì)比。由表1可知，在800℃、1000℃、1200℃的高溫氧化試驗(yàn)中，本實(shí)施例的合金，其氧化膜與基體結(jié)合力強(qiáng)，無(wú)剝落，并且氧化膜厚度低于Ni-50Al，這表明本實(shí)施例的NiAl合金的高溫抗氧化性能優(yōu)于Ni-50Al合金。參見(jiàn)表2，表2為本實(shí)施例中的合金與Ni-50Al室溫拉伸塑性對(duì)比。由表2可知，在室溫下本實(shí)施例的合金，其室溫拉伸塑性高于Ni-50Al，這表明本實(shí)施例的NiAl合金在室溫塑性方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。表1實(shí)施例1的合金及Ni-50Al(at.％)合金在800℃、1000℃、1200℃下的氧化膜厚度對(duì)比表2實(shí)施例1與Ni-50Al(at.％)合金的室溫拉伸塑性對(duì)比合金成分室溫拉伸塑性/％Ni-50Al2.2實(shí)施例13.1實(shí)施例2：本實(shí)施例提供一種含稀土元素Gd的NiAl合金，按摩爾百分比組成包括：Al：50％；Gd：0.05％；余量為Ni。本實(shí)施例的制備方法：以Ni粉、Al粉及Al-Gd中間合金粉為原料，采用真空熱壓方法制備，采用真空熱壓的工藝如下：壓制壓力為15MPa；200℃保溫2h；500℃保溫1h；600℃保溫3h，800℃保溫1h，1250℃保溫2h后隨爐冷卻，即得到本實(shí)施例的含Gd的NiAl合金。參見(jiàn)表3，表3為本實(shí)施例中的合金與Ni-50Al在800℃、1000℃、1200℃時(shí)的氧化增重對(duì)比。由表3可知，在800℃、1000℃、1200℃的高溫氧化試驗(yàn)中，本實(shí)施例的合金，其氧化膜與基體結(jié)合力強(qiáng)，無(wú)剝落，并且氧化膜厚度低于Ni-50Al，這表明本實(shí)施例的NiAl合金的高溫抗氧化性能優(yōu)于Ni-50Al合金。參見(jiàn)表4，表4為本實(shí)施例中的合金與Ni-50Al室溫拉伸塑性對(duì)比。由表4可知，在室溫下本實(shí)施例的合金，其室溫拉伸塑性高于Ni-50Al，這表明本實(shí)施例的NiAl合金在室溫塑性方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。表3實(shí)施例2和Ni-50Al(at.％)合金在800℃、1000℃、1200℃下的氧化膜厚度對(duì)比表4實(shí)施例2與Ni-50Al(at.％)合金的室溫拉伸塑性對(duì)比合金成分室溫拉伸塑性/％Ni-50Al2.3實(shí)施例23.2實(shí)施例3一種本發(fā)明的NiAl合金在制備玻璃熱彎模具中的應(yīng)用，NiAl玻璃熱彎模具由內(nèi)凹和外凸的兩個(gè)模具組成。采用熔煉方法制備該產(chǎn)品，需使用精密鑄造模具，如圖1和圖2所示，圖1是用以制備外凸的NiAl玻璃熱彎模具的示意圖，圖1是用以制備內(nèi)凹的NiAl玻璃熱彎模具的示意圖。精密鑄造模具由石墨或鋼制備得到，由分型面分割成兩部分。本實(shí)施例采用熔煉法制備模具，具體方法：(1)將Ni塊、Al塊、Al-Ce中間合金進(jìn)行反應(yīng)熔煉，制備母合金；(2)將步驟(1)獲得的母合金進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉；(3)將步驟(2)獲得的合金熔體進(jìn)行澆注，采用如圖1或圖2所示的精密鑄造模具；將熔體從澆冒口1澆入，流經(jīng)澆道2，進(jìn)入型腔3成形，冷卻至室溫；(4)將精密鑄造模具沿分型面處打開(kāi)，取出NiAl合金塊體；(5)將步驟(4)得到NiAl合金塊體進(jìn)行機(jī)械打磨即拋光，即得到NiAl合金玻璃熱彎模具。實(shí)施例4：一種本發(fā)明的NiAl合金在制備玻璃熱彎模具中的應(yīng)用，NiAl玻璃熱彎模具由內(nèi)凹和外凸的兩個(gè)模具組成。采用粉末冶金方法制備該產(chǎn)品，需使用真空熱壓模具，如圖3和圖4所示，真空熱壓模具為石墨材質(zhì)，真空熱壓模具包括主上模沖4、輔助上模沖5、陰模6、輔助下模沖(包括7-1和7-2)、主下模沖8；其中7-1為凸臺(tái)，用以制備內(nèi)凹的NiAl玻璃熱彎模具，7-2為凹臺(tái)，用以制備外凸的NiAl玻璃熱彎模具。本實(shí)施例采用粉末冶金法制備模具，具體方法：(1)采用Ni粉、Al粉及Al-Gd中間合金粉作為原料，將上述粉末在V型混料機(jī)中進(jìn)行混合；(2)將真空熱壓模具的陰模6、輔助下模沖和主下模沖8裝配好，將步驟(1)混合好的粉末裝入其中，將主上模沖4和輔助上模沖5放入陰模；(3)將按照步驟(2)組合好的真空熱壓模具及粉末裝入真空熱壓爐，并按照以下工藝進(jìn)行燒結(jié)：壓制壓力為15～30MPa；200℃保溫1～3h；500℃保溫1～2h；600℃保溫2～4h，800℃保溫1～2h，1200～1300℃保溫2h后隨爐冷卻；(4)將步驟(3)得到的合金塊體進(jìn)行機(jī)械打磨及拋光，即得到NiAl合金材質(zhì)的玻璃熱彎模具。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3