CN115094272B - 一种锆镍铜铝钽中间合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及中间合金材料技术领域，本发明提供了一种锆镍铜铝钽中间合金，包括如下质量含量的组分：锆60.0％～70.0％，镍6.0％～8.0％，铜9.0％～12.0％，钽12.0％～16.0％和余量的铝。本发明通过限定中间合金的成分和含量，中和了各元素之间的熔点差和密度差，使本发明提供的中间合金的密度以及熔点更接近镍基体的密度和熔点，利用本发明提供的锆镍铜铝钽中间合金制备镍基高温合金，可以避免镍基高温合金熔炼过程中，因熔点差造成的元素烧损、因密度差导致的成分不均匀等问题，从而有助于制备镍基高温合金的成分均匀化，防止成分偏析，减少元素烧损，从而提升了镍基高温合金质量。

Description

一种锆镍铜铝钽中间合金及其制备方法

技术领域

本发明属于中间合金材料技术领域，具体涉及一种锆镍铜铝钽中间合金及其制备方法。

背景技术

高温合金是指以铁、镍、钴为基，在高温环境下服役，并能承受严酷的机械应力及具有良好表面稳定性的一类合金。其中镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50％)，在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金，它是在Cr₂₀Ni₈₀合金基础上发展起来的，为了满足1000℃左右高温热强性和气体介质中的抗氧化、抗腐蚀的要求，需要加入一定量的强化元素：锆、铜、铝和钽。

现有技术中常将锆、铜、铝和钽以单质的形式直接加入到熔炼体系中，由于锆、镍、铜、铝和钽之间的熔点和密度差异，常引起元素的烧损及难熔元素的成分偏析，从而造成镍基高温合金的综合性能的下降。

因此，如何避免元素的烧损及难熔元素的成分偏析，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种锆镍铜铝钽中间合金。利用本发明提供的锆镍铜铝钽中间合金作为原料，提供制备镍基高温合金所需的强化元素锆、铜、铝和钽元素，可以避免元素的烧损及难熔元素的成分偏析。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种锆镍铜铝钽中间合金，包括如下质量含量的组分：锆60.0％～70.0％，镍6.0％～8.0％，铜9.0％～12.0％，钽12.0％～16.0％和余量的铝。

本发明还提供了上述方案所述的锆镍铜铝钽中间合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝和五氧化二钽混合，得到混合料；

(2)将所述步骤(1)得到的混合料中的一部分进行铝热反应，并在铝热反应过程中，加入所述步骤(1)得到的混合料的剩余部分，继续进行铝热反应，得到一级锆镍铜铝钽合金；

(3)在被加热容器中依次加入所述步骤(2)得到的一级锆镍铜铝钽合金中的一部分、部分锆和所述步骤(2)得到的一级锆镍铜铝钽合的剩余部分进行真空感应熔炼，得到熔化物；

(4)在所述步骤(3)得到的熔化物中加入剩余部分的锆，继续真空感应熔炼，然后依次进行真空感应精炼和冷却，得到锆镍铜铝钽合金。

优选地，所述步骤(1)中的二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝和五氧化二钽经过了干燥。

优选地，所述干燥的温度为110～120℃，干燥的时间6～20h。

优选地，所述步骤(1)中的二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝、五氧化二钽的质量比为(2.80～2.93)：(0.52～0.58)：(0.6～1.0)：(1.56～1.60)：1.00。

优选地，所述步骤(2)中的混合料中的一部分为混合料总质量的45％～55％。

优选地，所述步骤(3)中的部分锆为锆总质量的60～80％。

优选地，所述步骤(3)中的部分锆和步骤(4)中的剩余部分的锆的总质量与所述步骤(2)得到的一级锆镍铜铝钽合金的质量比为(0.50～1.00)：(1.50～2.00)。

优选地，所述步骤(4)中真空感应精炼的功率为95～105kW。

优选地，所述步骤(4)中的冷却在真空条件下进行。

本发明提供了一种锆镍铜铝钽中间合金，包括如下质量含量的组分：锆60.0％～70.0％，镍6.0％～8.0％，铜9.0％～12.0％，钽12.0％～16.0％和余量的铝。本发明通过限定中间合金的成分和含量，中和了各元素之间的熔点差和密度差，使本发明提供的中间合金的密度以及熔点更接近镍基体的密度和熔点，利用本发明提供的锆镍铜铝钽中间合金制备镍基高温合金，可以避免镍基高温合金熔炼过程中，因熔点差造成的元素烧损、因密度差导致的成分不均匀等问题，从而有助于制备镍基高温合金的成分均匀化，防止成分偏析，减少元素烧损，从而提升了镍基高温合金质量。实验结果表明，利用本发明提供的锆镍铜铝钽中间合金制备的镍基高温合金上中下三部分金属含量均匀。

具体实施方式

本发明提供了一种锆镍铜铝钽中间合金，包括如下质量含量的组分：锆60.0％～70.0％，镍6.0％～8.0％，铜9.0％～12.0％，钽12.0％～16.0％和余量的铝。

按质量百分比计，本发明提供的锆镍铜铝钽中间合金包括锆60.0％～70.0％，优选为61.0％～69.0％，更优选为65.0％。本发明通过添加锆元素并将其含量控制在上述范围内，用以净化晶界，改善高温特性，增加高温断裂强度。

按质量百分比计，本发明提供的锆镍铜铝钽中间合金包括镍6.0％～8.0％，优选为65％～7.5％，更优选为7.0％。在本发明中，镍作为基础元素存在，将镍元素用量控制在上述范围，有利于得到成分均匀的锆镍铜铝钽中间合金。

按质量百分比计，本发明提供的锆镍铜铝钽中间合金包括铜9.0％～12.0％，优选为9.5％～11.5％，更优选为10.5％。本发明通过添加铜元素并将其含量控制在上述范围内，可以提高高温合金对还原性酸和盐类的抗腐蚀性。

按质量百分比计，本发明提供的锆镍铜铝钽中间合金包括钽12.0％～16.0％，优选为12.5％～15.5％，更优选为14.0％。本发明通过添加钽元素并将其含量控制在上述范围内，可以提升高温合金的塑性和韧性。

本发明提供的锆镍铜铝钽中间合金包括余量的铝，本发明通过在锆镍铜铝钽中间合金中加入铝元素可提高高温抗氧化性，提升时效硬化。

本发明提供的锆镍铜铝钽中间合金中还有不可避免的杂质。在本发明中，按质量百分比计，所述锆镍铜铝钽中间合金的杂质含量＜0.2％。由于提供所需的元素的原料纯度不可能是100％，因此，锆镍铜铝钽中间合金中存在少量不可避免的杂质。

本发明通过限定锆镍铜铝钽中间合金的成分和含量，中和了各元素之间的熔点差和密度差，使本发明提供的锆镍铜铝钽中间合金的密度以及熔点更接近镍基体的密度和熔点，利用本发明提供的锆镍铜铝钽中间合金制备镍基高温合金，可以避免镍基高温合金熔炼过程中，因熔点差造成的元素烧损、因密度差导致的成分不均匀等问题，从而有助于制备镍基高温合金的成分均匀化，防止成分偏析，减少元素烧损，从而提升了镍基高温合金质量。

本发明还提供了上述方案所述的锆镍铜铝钽中间合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝和五氧化二钽混合，得到混合料；

(2)将所述步骤(1)得到的混合料中的一部分进行铝热反应，并在铝热反应过程中，加入所述步骤(1)得到的混合料的剩余部分，继续进行铝热反应，得到一级锆镍铜铝钽合金；

(3)在被加热容器中依次加入所述步骤(2)得到的一级锆镍铜铝钽合金中的一部分、部分锆和所述步骤(2)得到的一级锆镍铜铝钽合的剩余部分进行真空感应熔炼，得到熔化物；

(4)在所述步骤(3)得到的熔化物中加入剩余部分的锆，继续真空感应熔炼，然后依次进行真空感应精炼和冷却，得到锆镍铜铝钽合金。

本发明将二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝和五氧化二钽混合，得到混合料。本发明通过选用锆、镍、铜和钽的氧化物和铝单质利用铝热反应进行金属熔炼。

在本发明中，所述二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝和五氧化二钽优选经过了干燥。在本发明中，所述干燥的温度优选为110～120℃，更优选为112～111℃；所述干燥的时间优选为6～20h，更优选为8～15h。本发明将所述干燥的温度和时间限定在上述范围，能够除去物料吸潮的水分，保证物料干燥，从而在熔炼过程中减少析出杂质气体，比如氢、氮、氧等。

在本发明中，所述二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝和五氧化二钽的纯度均≥99.00％。在本发明中，所述铝优选为粒状的铝单质；所述二氧化锆，氧化镍、氧化铜和五氧化二钽优选为粉末状。本发明对所述粒状和粉末状的颗粒粒径大小没有特殊规定，采用本领域技术人员熟知的现有购买到的工业原料粒径大小即可。

在本发明中，所述二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝、五氧化二钽的质量比优选为(2.80～2.93)：(0.52～0.58)：(0.6～1.0)：(1.56～1.60)：1.00，更优选为(2.89～2.91)：(0.54～0.56)：(0.7～0.9)：(1.57～1.59)：1.00。本发明将所述二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝、五氧化二钽的质量比限定在上述范围，得到的一级锆镍铜铝钽合金品位为：锆50.0％，镍10.0％，铜15.0％，钽20.0％，余量的铝。

本发明对所述混合的操作没有特殊规定，采用本领域技术人员熟知的混合方式将原料混合均匀即可。

得到混合料后，本发明优选将所述混合料中的一部分进行铝热反应，并在铝热反应过程中，加入所述混合料的剩余部分，继续进行铝热反应，得到一级锆镍铜铝钽合金。

在本发明中，所述混合料中的一部分优选为混合料总质量的45％～55％，更优选为50％。本发明将混合料的加料方式和用量限定在上述范围，进行铝热还原反应可使反应始终均处于可控状态，合金液持续沸腾令合金与渣分离更加充分，减少Fe、Si等杂质和氧化铝夹杂，且合金锭更均匀，减少偏析。即可得到杂质低、均匀性好的一级锆镍铜铝钽合金。

在本发明中，所述铝热反应的温度优选为1820～1920℃，更优选为1850～1900℃；所述铝热反应的时间优选为32～42s，更优选为36～39s。在本发明中，所述铝热反应的时间是指得到一级锆镍铜铝钽合金的整个铝热反应过程的时间，先后两部分原料进行铝热反应的时间没有进行严格划分。在本发明中，铝热反应过程中，铝作为还原剂，将其他氧化物分别还原为锆、镍、铜、钽的金属单质，铝被氧化为氧化铝，并释放大量的热能使金属单质铬熔化形成锆镍铜铝钽合金液；铝被氧化形成的氧化铝浮于一级锆镍铜铝钽合金液表面，冷却后与一级锆镍铜铝钽合金自然分离并去除。

铝热反应完成后，本发明优选对所述铝热反应后的产物依次进行冷却、除杂、精整破碎和挑选，得到一级锆镍铜铝钽合金。

在本发明中，所述冷却的方式优选为随炉冷却。本发明对所述随炉冷却的冷却方式没有特殊规定，采用本领域技术人员熟知的随炉冷却方式进行冷却即可。本发明对所述随炉冷却的时间没有特殊规定，实现冷却至室温即可。

本发明对所述除杂方式没有特殊规定，将冷却后的合金锭表面渣层和氧化膜按照本领域技术人员熟知的除杂方式，将其除去即可。

本发明对所述精整破碎的方式没有特殊规定，采用本领域技术人员熟知的精整破碎方式，将锆镍铜铝钽合金锭精整破碎至5～50mm的块体即可。

在本发明中，所述挑选优选包括磁选和人工挑选。本发明对所述磁选和人工挑选的方式没有特殊规定，按照本领域技术人员熟知的磁选和人工挑选方式，将磁性杂质、含氧化膜、氮化膜合金以及其它杂质挑出，而人工挑选合格的部分则作为锆镍铜铝钽合金即可。

得到一级锆镍铜铝钽合金后，本发明在被加热容器中依次加入得到的一级锆镍铜铝钽合金中的一部分、部分锆和得到的一级锆镍铜铝钽合的剩余部分进行真空感应熔炼，得到熔化物。在本发明中，所述加热容器优选为坩埚。本发明对所述坩埚没有特殊规定，采用本领域技术人员熟知的用于高温加热的坩埚即可。在本发明中，所述部分锆处于物料的中间部位，在加热过程中可使锆更容易熔化，同时为了避免锆单质过多，将难以熔化完全，因此将作为单质锆的锆分为两次加入，从而使合金液熔化充分，使合金锭更加均匀。

在本发明中，所述锆优选为市售的海绵锆。

在本发明中，所述真空感应熔炼优选在中频真空感应炉中进行。在本发明中，所述真空感应熔炼的过程中使用的坩埚优选为刚玉坩埚。在本发明中，所述刚玉坩埚质坚而耐熔。在本发明中，所述刚玉坩埚的纯度优选≥99.00％。本发明将所述刚玉坩埚的纯度限定在上述范围，可以降低合金中杂质元素含量。在本发明中，所述刚玉坩埚的打结用炉衬优选采用上述技术方案中铝热反应的炉渣(氧化铝)制备而成。本发明通过选用采用上述技术方案中铝热反应的炉渣(氧化铝)制备刚玉坩埚的打结用炉衬，可以充分利用反应原料，节省成本。本发明对所述刚玉坩埚的打结用炉衬的制备方法没有特别的要求，采用本领域熟知的方法即可。

在本发明中，所述部分锆优选为锆总重的60～80％，更优选为70％。在本发明中，所述部分锆和剩余部分锆的总质量与一级锆镍铜铝钽合金的质量比优选为(0.50～1.00)：(1.50～2.00)，更优选为0.75：1.75。

在本发明中，所述真空感应熔炼和真空感应精炼均优选在中频真空感应熔炼炉中进行。在本发明中，所述中频真空感应熔炼炉热效率高、熔炼快，真空操作不易引入杂质，对环境污染小。

在本发明中，所述真空感应熔炼的最初真空度优选为≤15Pa，更优选为≤14Pa。本发明通过控制真空度，能够降低最终制备的中间合金中O、N气相杂质的含量。

在本发明中，所述真空感应熔炼的功率优选为75～85kW，更优选为80kW。在本发明中，所述真空感应熔炼的功率优选采用梯度升高的方式升至所需的功率。在本发明实施例中，所述梯度升高的方式升优选为调节起始功率为20kW，10min后将功率调至30kW，20min后将功率调至80kW。

得到熔化物后，本发明在得到的熔化物中加入剩余部分的锆，继续真空感应熔炼，然后依次进行真空感应精炼和冷却，得到锆镍铜铝钽合金。

在本发明中，所述真空感应熔炼和真空感应精炼优选均在真空感应熔炼炉中进行，二者的区别仅在于对真空感应熔炼炉的功率设置不同。本发明通过真空感应熔炼实现物料的熔化，通过真空感应精炼使锆镍铜铝钽中间合金熔化更充分、更均匀，且起到提纯除杂质的作用。

在本发明中，所述真空感应精炼的功率优选为95～105kW，更优选为100kW。在本发明中，所述真空感应精炼的温度优选为1850～1890℃，更优选为1860～1880℃。在本发明中，所述真空感应精炼的时间优选为5～9min，更优选为6～8min。本发明通过控制温度，可使精炼温度略高于合金熔点，以达到精炼目的；通过真空感应精炼能够使锆镍铜铝钽中间合金熔化更充分、更均匀，且起到提纯除杂质的作用。

真空感应精炼完成后，本发明优选将所述真空感应精炼后的反应体系依次进行抽真空，调节功率和冷却。在本发明中，所述抽真空所至的真空度优选为≤15Pa，更优选为≤14Pa。本发明通过抽真空去除熔体中氧元素，得到锆镍铜铝钽合金液。

在本发明中，所述调节功率所至的功率优选为75～85kW，更优选为80kW。本发明通过降低真空感应熔炼炉的功率来避免炉内温度过高。

在本发明中，所述冷却优选在真空条件下进行。本发明通过真空冷却的方式，可以减少O、N等气体杂质。

本发明对所述冷却的方式没有特殊规定，采用本领域技术人员熟知的冷却方式即可。在本发明实施例中，所述冷却具体为：将将所述真空感应精炼后的产物浇注于水冷铜坩埚内进行冷却，得到锆镍铜铝钽中间合金。本发明对水冷铜坩埚没有特殊的限定，采用本领域熟知的水冷铜坩埚即可。在本发明中，所述冷却的时间优选为6～20h，更优选为8～15h。本发明将所述冷却的时间限定在上述范围，有利于将物料充分冷却。

本发明提供的锆镍铜铝钽中间合金的制备方法，通过铝热反应的控制以及熔炼时特殊的布料方式，使锆镍铜铝钽中间合金成分均匀，杂质含量低，原材料损耗小。在熔炼高温合金时，有助于高温合金成分均匀化，防止成分偏析，减少元素烧损，提升高温合金质量。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种锆镍铜铝钽中间合金，由如下质量含量的组分构成：锆60.0％，镍8.0％，铜12.0％，钽16.0％和余量的铝。

本实施例中锆镍铜铝钽中间合金的制备方法，具体步骤为：

(1)分别将二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝粒、五氧化二钽在110℃温度下干燥6h；

称取二氧化锆67.58kg、氧化镍12.71kg、氧化铜18.75kg、铝粒36.80kg、五氧化二钽23.31kg装入滚筒混料机内充分混合均匀，得到混合料；其中二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝粒、五氧化二钽的质量比2.90：0.55：0.80：1.58：1.00；

(2)将所述步骤(1)得到的混合料质量的50％(79.58kg)装入烧结好的刚玉坩埚内点火进行铝热反应，反应过程中从反应炉顶部加入剩余的50％(79.58kg)的混合料继续发生铝热反应，铝热反应的温度为1820℃，时间为32s，冷却12h后，拆除坩埚，取出合金锭，去除合金锭表面渣层和氧化膜后，破碎精整至5～50mm，经磁选和人工挑选后，得到一级锆镍铜铝钽合金；一级锆镍铜铝钽合金的品位为锆50.0％，镍10.0％，铜15.0％，钽20.0％，余量的铝；

(3)在坩埚底部依次加入部分一级锆镍铜铝钽合金40.00kg(占所需一级锆镍铜铝钽合金总质量的50％)，14.00kg的海绵锆锆(占所需海绵锆总质量的70％)，最后加入剩余的一级锆镍铜铝钽合金40.00kg，进行真空感应熔炼；其中真空感应熔炼的具体操作：将中频真空感应熔炼炉抽真空至15Pa以下排除炉内气体，设定起始功率20kW，10min后功率调至30kW，20min后功率调至80kW直至合金熔化完全，得到熔化物；

(4)在步骤(3)得到的熔化物中，通过二次加料装置加入剩余的6.00kg的海绵锆，继续进行真空感应熔炼，全部熔化后，进行真空感应精炼；所述真空感应精炼的操作为：将真空感应炉的功率功率调至100kW，在100kW功率、1890℃条件下精炼9min，再次将中频真空感应熔炼炉抽真空至15Pa以下，去除熔体中氧元素，得到锆镍铜铝钽合金液；

(5)调节中频真空感应熔炼炉功率至80kW，倾斜坩埚，将锆镍铜铝钽合金液缓慢稳定的浇注到水冷坩埚内，保持真空冷却6h，即得锆镍铜铝钽中间合金。

实施例2

一种锆镍铜铝钽中间合金，由如下质量含量的组分构成：锆62.5％，镍7.5％，铜11.2％，钽15.1％和余量的铝。

本实施例中锆镍铜铝钽中间合金的制备方法，具体步骤为：

(1)分别将二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝粒、五氧化二钽在114℃温度下干燥8h；

称取二氧化锆67.58kg、氧化镍12.71kg、氧化铜18.75kg、铝粒36.80kg、五氧化二钽23.31kg装入滚筒混料机内充分混合均匀，得到混合料；其中二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝粒、五氧化二钽的质量比2.90：0.55：0.80：1.58：1.00；

(2)将所述步骤(1)得到的混合料质量的50％(79.58kg)装入烧结好的刚玉坩埚内点火进行铝热反应，反应过程中从反应炉顶部加入剩余的50％(79.58kg)的混合料继续发生铝热反应，铝热反应的温度为1840℃，时间为34s，冷却13h后，拆除坩埚，取出合金锭，去除合金锭表面渣层和氧化膜后，破碎精整至5～50mm，经磁选和人工挑选后，得到一级锆镍铜铝钽合金。一级锆镍铜铝钽合金的品位为锆50.0％，镍10.0％，铜15.0％，钽20.0％，余量的铝；

(3)在坩埚底部依次加入部分一级锆镍铜铝钽合金37.50kg(占所需一级锆镍铜铝钽合金总质量的50％)，17.50kg的海绵锆(占所需海绵锆总质量的70％)，最后加入剩余的一级锆镍铜铝钽合金37.50kg，进行真空感应熔炼；其中真空感应熔炼的具体操作：将中频真空感应熔炼炉抽真空至14Pa以下排除炉内气体，设定起始功率20kW，10min后功率调至30kW，20min后功率调至80kW直至合金熔化完全，得到熔化物；

(4)在步骤(3)得到的熔化物中，通过二次加料装置加入剩余的7.50kg的海绵锆，全部熔化后，进行真空感应精炼；所述真空感应精炼的操作为：将真空感应炉的功率功率调至100kW，在100kW功率、1880℃条件下精炼8min，再次将中频真空感应熔炼炉抽真空至14Pa以下，去除熔体中氧元素，得到锆镍铜铝钽合金液；

(5)调节中频真空感应熔炼炉功率至80kW，倾斜坩埚，将锆镍铜铝钽合金液缓慢稳定的浇注到水冷坩埚内，保持真空冷却7h，即得锆镍铜铝钽中间合金。

实施例3

一种锆镍铜铝钽中间合金，由如下质量含量的组分构成：锆65.0％，镍7.1％，铜10.5％，钽14.0％和余量的铝。

本实施例锆镍铜铝钽中间合金的制备方法，具体步骤为：

(1)分别将二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝粒、五氧化二钽在116℃温度下干燥10h；

称取二氧化锆67.58kg、氧化镍12.71kg、氧化铜18.75kg、铝粒36.80kg、五氧化二钽23.31kg装入滚筒混料机内充分混合均匀，得到得到混合料；其中二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝粒、五氧化二钽的质量比2.90：0.55：0.80：1.58：1.00；

(2)将所述步骤(1)得到的混合料质量的50％(79.58kg)装入烧结好的刚玉坩埚内点火进行铝热反应，反应过程中从反应炉顶部加入剩余的50％(79.58kg)的混合料继续发生铝热反应，铝热反应的温度为1860℃，时间为36s，冷却14h后，拆除坩埚，取出合金锭，去除合金锭表面渣层和氧化膜后，破碎精整至5～50mm，经磁选和人工挑选后，得到一级锆镍铜铝钽合金；一级锆镍铜铝钽合金的品位为锆50.0％，镍10.0％，铜15.0％，钽20.0％，余量的铝；

(3)在坩埚底部依次加入部分一级锆镍铜铝钽合金35.00kg(占所需一级锆镍铜铝钽合金总质量的50％)，21.00kg的海绵锆(占所需海绵锆总质量的70％)，最后加入剩余的一级锆镍铜铝钽合金35.00kg，进行真空感应熔炼；其中真空感应熔炼的具体操作：将中频真空感应熔炼炉抽真空至13Pa以下排除炉内气体，设定起始功率20kW，10min后功率调至30kW，20min后功率调至80kW直至合金熔化完全，得到熔化物；

(4)在步骤(3)得到的熔化物中，通过二次加料装置加入剩余的9.00kg的海绵锆，全部熔化后，进行真空感应精炼；所述真空感应精炼的操作为：将真空感应炉的功率调至100kW，在100kW功率、1870℃条件下精炼7min，再次将中频真空感应熔炼炉抽真空至13Pa以下，去除熔体中氧元素，得到锆镍铜铝钽合金液；

(5)调节中频真空感应熔炼炉功率至80kW，倾斜坩埚，将锆镍铜铝钽合金液缓慢稳定的浇注到水冷坩埚内，保持真空冷却8h，即得锆镍铜铝钽中间合金。

实施例4

一种锆镍铜铝钽中间合金，由如下质量含量的组分构成：锆67.5％，镍6.5％，铜9.8％，钽13.1％和余量的铝。

本实施例锆镍铜铝钽中间合金的制备方法，具体步骤为：

(1)分别将二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝粒、五氧化二钽在118℃温度下干燥12h；

称取二氧化锆67.58kg、氧化镍12.71kg、氧化铜18.75kg、铝粒36.80kg、五氧化二钽23.31kg装入滚筒混料机内充分混合均匀，得到得到混合料；其中二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝粒、五氧化二钽的质量比2.90：0.55：0.80：1.58：1.00；

(2)将所述步骤(1)得到的混合料质量的50％(79.58kg)装入烧结好的刚玉坩埚内点火进行铝热反应，反应过程中从反应炉顶部加入剩余的50％(79.58kg)的混合料继续发生铝热反应，铝热反应的温度为1880℃，时间为38s，冷却16h后，拆除坩埚，取出合金锭，去除合金锭表面渣层和氧化膜后，破碎精整至5-50mm，经磁选和人工挑选后，得到一级锆镍铜铝钽合金，其品位为锆50.0％，镍10.0％，铜15.0％，钽20.0％，余量的铝；

(3)在坩埚底部依次加入部分一级锆镍铜铝钽合金32.50kg(占所需一级锆镍铜铝钽合金总质量的50％)，24.50kg的海绵锆(占所需海绵锆总质量的70％)，最后加入剩余的一级锆镍铜铝钽合金32.50kg，进行真空感应熔炼；其中真空感应熔炼的具体操作：将中频真空感应熔炼炉抽真空至12Pa以下排除炉内气体，设定起始功率20kW，10min后功率调至30kW，20min后功率调至80kW直至合金熔化完全，得到熔化物；

(4)在步骤(3)得到的熔化物中，通过二次加料装置加入剩余的10.50kg的海绵锆，全部熔化后，进行真空感应精炼；所述真空感应精炼的操作为：将真空感应炉的功率调至100kW，在100kW功率、1880℃条件下精炼8min，再次将中频真空感应熔炼炉抽真空至12Pa以下，去除熔体中氧元素，得到锆镍铜铝钽合金液；

(5)调节中频真空感应熔炼炉功率至80kW，倾斜坩埚，将锆镍铜铝钽合金液缓慢稳定的浇注到水冷坩埚内，保持真空冷却9h，即得锆镍铜铝钽中间合金。

实施例5

一种锆镍铜铝钽中间合金，由如下质量含量的组分构成：锆70.0％，镍6.0％，铜9.0％，钽12.0％和余量的铝。

本实施例锆镍铜铝钽中间合金的制备方法，具体步骤为：

(1)二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝粒、五氧化二钽在120℃温度下干燥14h；

称取二氧化锆67.58kg、氧化镍12.71kg、氧化铜18.75kg、铝粒36.80kg、五氧化二钽23.31kg装入滚筒混料机内充分混合均匀，得到得到混合料；其中二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝粒、五氧化二钽的质量比2.90：0.55：0.80：1.58：1.00；

(2)将所述步骤(1)得到的混合料质量的50％(79.58kg)装入烧结好的刚玉坩埚内点火进行铝热反应，反应过程中从反应炉顶部加入剩余的50％(79.58kg)的混合料继续发生铝热反应，铝热反应的温度为1920℃，时间为42s，冷却18h后，拆除坩埚，取出合金锭，去除合金锭表面渣层和氧化膜后，破碎精整至5～50mm，经磁选和人工挑选后，得到一级锆镍铜铝钽合金，其品位为锆50.0％，镍10.0％，铜15.0％，钽20.0％，余量的铝；

(3)在坩埚底部依次加入部分一级锆镍铜铝钽合金30.00kg(占所需一级锆镍铜铝钽合金总质量的50％)，28.00kg的海绵锆(占所需海绵锆总质量的70％)，最后加入剩余的一级锆镍铜铝钽合金30.00kg，进行真空感应熔炼；其中真空感应熔炼的具体操作：将中频真空感应熔炼炉抽真空至10Pa以下排除炉内气体，设定起始功率20kW，10min后功率调至30kW，20min后功率调至80kW直至合金熔化完全，得到熔化物；

(4)在步骤(3)得到的熔化物中，通过二次加料装置加入剩余的12.00kg的海绵锆，全部熔化后，进行真空感应精炼；所述真空感应精炼的操作为：将真空感应炉的功率调至100kW，在100kW功率、1890℃条件下精炼9min，再次将中频真空感应熔炼炉抽真空至10Pa以下，去除熔体中氧元素，得到锆镍铜铝钽合金液；

(5)调节中频真空感应熔炼炉功率至80kW，倾斜坩埚，将锆镍铜铝钽合金液缓慢稳定的浇注到水冷坩埚内，保持真空冷却10h，即得锆镍铜铝钽中间合金。

性能检测

分别对实施例1～5制备的锆镍铜铝钽中间合金锭(圆柱体)取样，从合金锭上表面取两点(1，2)，合金锭下表面取两点(3，4)，合金锭中间部位取两点(5，6)进行化学成分分析，结果如表1～5所示。

表1实施例1锆镍铜铝钽中间合金锭化学成分分析结果

表2实施例2锆镍铜铝钽中间合金锭化学成分分析结果

表3实施例3锆镍铜铝钽中间合金锭化学成分分析结果

表4实施例4锆镍铜铝钽中间合金锭化学成分分析结果

表5实施例5锆镍铜铝钽中间合金锭化学成分分析结果

由表1～5可知，本发明实施例1～5制备的锆镍铜铝钽中间合金纯度高，成分均匀、稳定，偏析较小，杂质含量较低，能更好的满足高温合金生产要求。

分别对实施例1～5制备的锆镍铜铝钽中间合金锭(圆柱体)取样进行化学成分分析，最优值结果如表6所示。

表6实施例1～5锆镍铜铝钽中间合金锭最优值结果

由表6可知，本发明实施例1-5制备的锆镍铜铝钽中间合金含量均匀，杂质含量较低，其中的Fe、Si为原料带入的不可避免的杂质。

使用本发明实施例3提供的锆镍铜铝钽中间合金(A)和市场购买的锆镍铜铝钽高温合金(B)，按照相同的方法分别熔炼镍基高温合金；分别得到镍基高温合金A和镍基高温合金B；其中熔炼镍基高温合金的操作按照常规技术进行即可，具体流程为：1、将各原材料和电解镍混合进行中频熔炼2、将步骤一所得熔液浇注为柱状3、将柱状合金利用电弧炉熔炼，即得。

对得到的镍基高温合金A和镍基高温合金B(圆柱体)取样，进行化学成分分析，从合金锭上表面取三点(1，2，3)，合金锭下表面取三点(4，5，6)，合金锭中间剖面取三点(7，8，9)进行成分分析，得到结果如表7所示。

表7两种工艺所熔炼高温合金成分

由表7可知，利用本发明提供的锆镍铜铝钽中间合金生产的镍基高温合金偏析小，成分含量均匀，杂质含量低。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种锆镍铜铝钽中间合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝和五氧化二钽混合，得到混合料；

所述步骤(1)中的二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝、五氧化二钽的质量比为(2.80～2.93)：(0.52～0.58)：(0.6～1.0)：(1.56～1.60)：1.00；

(2)将所述步骤(1)得到的混合料中的一部分进行铝热反应，并在铝热反应过程中，加入所述步骤(1)得到的混合料的剩余部分，继续进行铝热反应，得到一级锆镍铜铝钽合金；

所述一级锆镍铜铝钽合金品位为：锆50.0％，镍10.0％，铜15.0％，钽20.0％，余量的铝；

所述步骤(2)中的混合料中的一部分为混合料总质量的45％～55％；

(3)在被加热容器中依次加入所述步骤(2)得到的一级锆镍铜铝钽合金中的一部分、部分锆和所述步骤(2)得到的一级锆镍铜铝钽合的剩余部分进行真空感应熔炼，得到熔化物；

所述步骤(3)中的部分锆为锆总质量的60～80％；

所述步骤(3)中的部分锆和步骤(4)中的剩余部分的锆的总质量与所述步骤(2)得到的一级锆镍铜铝钽合金的质量比为(0.50～1.00)：(1.50～2.00)；

(4)在所述步骤(3)得到的熔化物中加入剩余部分的锆，继续真空感应熔炼，然后依次进行真空感应精炼和冷却，得到锆镍铜铝钽合金；

所述锆镍铜铝钽中间合金，包括如下质量含量的组分：锆60.0％～70.0％，镍6.0％～8.0％，铜9.0％～12.0％，钽12.0％～16.0％和余量的铝。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的二氧化锆、氧化镍、氧化铜、铝和五氧化二钽经过了干燥。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为110～120℃，干燥的时间6～20h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中真空感应精炼的功率为95～105kW。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的冷却在真空条件下进行。