本发明属于高温合金热表面处理，具体涉及一种兼顾红外辐射性能和本体性能的高温合金的制备方法。
背景技术：
1、高温合金是一种金属合金，因具有组织稳定、优异的热强性、冷热加工成形和焊接性能，已成为航空航天的首选材料，在现代航空工业的发展中有着十分重要的位置。现阶段，航空飞行器不断地向着高马赫数和长航时的目标发展。当飞行器在高速再入过程中会遇到严重的气动加热问题，为了保障人员的安全和设备的正常运行，必须在飞行器表面敷设不同耐温等级的轻质、耐高温防隔热材料，以满足飞行器不同部位防隔热需求。可重复使用热防护系统由表面高红外辐射性能涂层和内部低热导率隔热材料组成。其中内部低热导率隔热材料可以阻止热量传递到飞行器内部，而表面高红外辐射性能涂层可以通过辐射作用将热量散发到外部环境中。采用高温合金制成的飞行器零件往往应用环境温度比较高，因此，其表面的红外辐射性能对高温合金零件高温服役有着至关重要的影响。
2、目前，采用金属氧化物或矿化物制成的具有高红外辐射性能的复合涂层作为新型的防热材料被广泛应用于金属合金表面以提高红外辐射性能。高红外辐射性能涂层的制备工艺复杂、价格昂贵、喷涂工序繁复成为制约其广泛应用的短板。
技术实现思路
1、鉴于上述分析，鉴于上述分析，本发明基于采用高温氧化工艺在高温合金表面生成的氧化物膜可提高红外辐射性能，提供了一种兼顾红外辐射性能和本体性能的高温合金的制备方法，用以解决现有技术因高温氧化参数不可控，制备出的高温合金难以兼顾红外辐射性能和本体性能，合金产品达不到性能要求，制备工艺难度大的问题。
2、一方面，本发明提出了一种兼顾红外辐射性能和本体性能的高温合金的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、设计高温氧化正交试验，构建高温氧化参数、红外辐射性能、本体性能对应关系及规律数据库，结合数据库，根据高温合金零件本体性能与红外辐射性能要求，选出相应的高温氧化参数；
4、s2、采用高温氧化工艺在高温合金基体表面生成氧化物或矿化物氧化膜，得到兼顾红外辐射性能和本体性能的高温合金零件，其中，所述高温氧化工艺的参数根据高温合金零件本体性能与红外辐射性能要求从所述s1得到的数据库中确定。
5、进一步的，所述高温合金基体的制备方法包括：
6、s21、增材制造：进行增材制造成形，制备出高温合金基体零件；
7、s22、去应力退火：采用真空去应力退火热处理，消除高温合金基体零件在增材制造过程中产生的残余应力；
8、s23、线切割：将基板与高温合金基体零件分离；
9、s24、固溶热处理：对高温合金基体零件进行真空固溶热处理；
10、s25、机加工：根据产品需求将高温合金基体零件机加工成一定尺寸的焊接件；
11、s26、焊接：将焊接件组合焊接到一起，形成组合件。
12、进一步的，s1中，所述高温氧化参数包括加热温度、保温时间；所述红外辐射性能包括红外发射率、氧化层厚度、氧化层形貌、氧化相分析、氧化后增重；所述本体性能包括本体力学性能、焊缝力学性能、焊缝质量；所述本体力学性能包括抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、硬度。
13、进一步的，所述高温合金基体为gh4099或gh3128合金。
14、进一步的，gh4099合金在空气环境下进行高温氧化处理，加热温度为850℃，保温时间8h。
15、进一步的，gh3128合金在空气环境下进行高温氧化处理，加热温度为900℃，保温时间20h。
16、进一步的，所述s1包括：
17、s11、设计高温氧化正交试验，对性能表征件进行设计及加工，利用性能表征件完成高温氧化实验并进行性能测试；
18、s12、整理性能结果，得到高温氧化参数、红外辐射性能、本体性能对应关系并完成规律数据库的构建；
19、s13、利用中间参数或重复实验对数据库进行校核补偿；
20、s14、利用数据库结合高温合金产品本体性能与红外辐射性能要求，选出高温氧化参数。
21、另一方面，本发明还提出了一种兼顾红外辐射性能和本体性能的高温合金，由以上方法制备所得。
22、进一步的，所述高温合金同时满足红外辐射性能和本体性能的要求；所述氧化膜为高温合金自身形成的，为金属矿化物或氧化物；所述gh3128合金的红外辐射性能：红外发射率≥0.75，本体性能：室温抗拉强度≥800mpa、延伸率≥25％，900℃抗拉强度≥210mpa、延伸率≥50％；所述gh4099合金的红外辐射性能：红外发射率≥0.75，本体性能：室温抗拉强度≥1000mpa、延伸率≥10％，900℃抗拉强度≥380mpa、延伸率≥10％。
23、进一步的，所述氧化膜的厚度为5μm～50μm。
24、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
25、1)本发明提供了一种兼顾红外辐射性能和本体性能的高温合金的制备方法。高温合金在一定的高温含氧环境下进行高温氧化加工后，其表面氧化物组成的氧化膜本身就是一种提高自身红外辐射性能的优良界面。但研究中发现，经一定的高温氧化后，高温合金本体性能与红外辐射性能相较氧化前势必存在差异。如果合金在高温氧化前满足本体性能要求，为了提高红外辐射性能进行了高温氧化实验，实验后虽然提高了自身红外辐射性能，但其本体性能经过高温氧化也发生了变化，此时合金反而满足不了本体性能要求了，这种情况是不愿意看到的。本发明构建了高温氧化参数、本体性能和红外辐射性能对应关系及规律数据库，能通过数据库选出能同时满足两种性能的高温氧化参数，利用该参数进行高温氧化处理，制备出的合金产品既能满足红外辐射性能又能满足本体性能的要求。
26、2)依靠自身高温氧化膜来提高发射率，氧化膜是自身形成的，省去了喷涂工艺，也不需要用到昂贵的喷涂材料，制备工艺简单，价格低廉且参数可控。可以减少或替代现有在高温合金表面高发射率涂层的使用，减少零件的加工成本。现有高温合金表面高发射率涂层，涂层材料需要与基材合金的化学成分、晶体结构和热膨胀系数等特性相匹配，以减少界面处的应力，避免分层，操作工艺复杂，成本高；自身高温氧化膜避免了以上缺陷，具有良好的合金接合力。当零件对发射率要求不是很高时，自身高温氧化膜可以替代高发射率涂层，这时高温氧化膜可以在高温合金本身热处理加工工艺时一体做出，简化工艺，减少零件的加工成本；当零件对发射率要求较高时，自身高温氧化膜可以部分替代高发射率涂层，从而减少高发射率涂层的厚度，减少高发射率涂层的成本。
27、3)本发明为高温合金的性能评价提供了一种新的思路。现有高温合金的性能评价如红外表面发射率测试等测试成本较贵，测试工序复杂，且性能评价种类繁多，例如本体力学性能、焊缝力学性能、焊缝质量、氧化层厚度等等。目前高温合金在应用上对其性能的要求大都是一个范围，例如要求室温硬度hv≥400，室温本体力学性能：抗拉强度≥1000mpa，屈服强度≥700mpa，断后延伸率≥10％，等等，性能要求并不精确。本发明构建了高温氧化参数、本体性能和红外辐射性能对应关系及规律数据库，之后针对同种工艺条件下制备的零件，其性能可以参考数据库进行预判，例如根据固定的高温氧化参数，预估零件的本体、红外辐射性能；根据红外辐射性能测试结果，预估零件的本体性能；根据本体性能测试结果，预估零件的红外辐射性能。利用数据库实现在特定高温氧化工艺参数下红外辐射性能的准确、低成本预估与检测。
28、4)提供了一种新的性能调控思路。经一定的高温制度氧化后，高温合金自身性能与表面红外辐射性能相较氧化前势必存在差异，因此如何实现两种性能之间的调控，是高温合金氧化膜应用的关键所在。本发明利用红外辐射性能集合，实现本体性能与红外辐射性能二者之间的调控，为制备兼顾红外辐射性能和本体性能的高温合金，为采用高温合金自身氧化膜来提高自身发射率的工艺提供了可能。
29、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过所写的说明书来实现和获得。
1.一种兼顾红外辐射性能和本体性能的高温合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于：所述s2中，所述高温合金基体的制备方法包括：
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于：s1中，
4.根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于，所述高温合金基体为gh4099或gh3128合金。
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，gh4099合金在空气环境下进行高温氧化处理，加热温度为850℃，保温时间8h。
6.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，gh3128合金在空气环境下进行高温氧化处理，加热温度为900℃，保温时间20h。
7.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述s1包括：
8.一种兼顾红外辐射性能和本体性能的高温合金，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述的制备方法制得。
9.根据权利要求8所述的高温合金，其特征在于，所述高温合金同时满足红外辐射性能和本体性能的要求，其表面具有一层氧化膜；所述氧化膜为高温合金自身形成的，为金属矿化物或氧化物；所述高温合金的红外辐射性能：红外发射率≥0.75，本体性能：室温抗拉强度≥800mpa、延伸率≥10％，900℃抗拉强度≥210mpa、延伸率≥10％。
10.根据权利要求8或9所述的高温合金，其特征在于，所述氧化膜的厚度为5μm～50μm。
