CN111379028A - 一种Ni-Al二元单晶合金、Ni-Al二元模型单晶合金及其制备方法 - Google Patents

一种Ni-Al二元单晶合金、Ni-Al二元模型单晶合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明是关于一种Ni‑Al二元单晶合金、Ni‑Al二元模型单晶合金及其制备方法，涉及单晶合金技术领域。主要采用的技术方案为：以重量百分含量计，所述Ni‑Al二元单晶合金包括：铝6‑10wt％、镍90‑94wt％。所述Ni‑Al二元单晶合金经热处理后，得到Ni‑Al二元模型单晶合金；且该Ni‑Al二元模型单晶合金具有γ/γ′两相组织，且Ni‑Al二元模型单晶合金中的γ′相的体积分数不小于50％。本发明主要用于通过设计及制备一种Ni‑Al二元单晶合金，该Ni‑Al二元单晶合金经热处理后能得到与先进单晶高温合金相似的γ/γ′双相组织的模型单晶合金，以用于指导单晶高温合金的显微组织调控、元素作用、微观变形机理等基础性研究。

Description

一种Ni-Al二元单晶合金、Ni-Al二元模型单晶合金及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种单晶合金技术领域，特别是涉及一种Ni-Al二元单晶合金、Ni-Al二元模型单晶合金及其制备方法。
背景技术
镍基单晶高温合金因具有优异的高温综合性能，是制造先进航空发动机涡轮叶片等热端零部件的关键材料。单晶高温合金中的特殊双相结构(γ/γ′相共格结构)是其具有优异高温力学性能的根本原因。单晶高温合金中添加了大量难熔元素(如W、Mo、Re、Ru等)来同时强化γ基体和γ′析出相。因此，合金化一直是提高单晶高温合金承温能力的主要手段。但是，高合金化尤其是稀贵Re、Ru元素的大量添加带来战略资源过度使用及成本攀升等问题，使得单晶高温合金的发展受到限制，难以长期可持续发展。
在此背景下，采用“素化原理”发展高温合金材料开始受到重视，即可通过调整单晶高温合金中的界面结构，设计出高强度γ′相和低能高稳定性的γ/γ′相界面来代替稀贵金属强化合金。
为了从根本上理解稀贵金属的作用机理，必须从简单体系高温合金着手探究各元素在单晶高温合金中的单一或协同作用，从而寻求合适的元素来替代部分或全部的稀贵元素。因此，亟需一种合金成分简单、成本低、具有与先进单晶高温合金相似的γ/γ′双相组织的模型单晶合金，用于单晶高温合金的基础性研究。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种Ni-Al二元单晶合金、Ni-Al二元模型单晶合金及其制备方法，主要目的在于提供一种Ni-Al二元单晶合金，该Ni-Al二元单晶合金经热处理后能得到与先进单晶高温合金相似的γ/γ′双相组织的模型单晶合金，以作为基础模型用于单晶高温合金的基础性研究。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明的实施例提供一种Ni-Al二元单晶合金，其中，以重量百分含量计，所述Ni-Al二元单晶合金包括：铝6-10wt％、镍90-94wt％。
优选的，所述Ni-Al二元单晶合金包括铝6.5-9.5wt％、镍90.5-93.5wt％。
优选的，在所述Ni-Al二元单晶合金中，杂质元素的成分满足以下条件：氧0-0.003wt％、氮0-0.0025wt％、硫0-0.0025wt、磷0-0.002wt％。
另一方面，本发明的实施例还提供一种上述Ni-Al二元单晶合金的制备方法，包括如下步骤：
制备母合金步骤：对合金生料进行熔炼处理后，将熔炼处理得到的合金液浇注成母合金；其中，以重量百分含量计，所述合金生料包括：铝6-10wt％、镍90-94wt％；优选的，所述合金生料包括：铝6.5-9.5wt％、镍90.5-93.5wt％；优选的，使合金生料在1570-1590℃的温度下精炼4-8min后，将熔炼处理得到的合金液于1450-1470℃的温度下浇注成母合金；
定向凝固处理步骤：在定向炉中重熔母合金后，将母合金液浇铸成Ni-Al二元单晶合金；优选的，在所述定向凝固处理步骤中，采用螺旋选晶法将母合金液浇铸成Ni-Al二元单晶合金。
优选的，在所述定向凝固处理的步骤中：
定向炉的温度梯度为40-80℃/cm；和/或
浇铸温度为1500-1550℃；和/或
模壳温度为1500-1550℃，优选的，所述模壳温度与浇铸温度一致；和/或Ni-Al二元单晶合金的抽拉速率为4-8mm/min。
再一方面，本发明实施例还提供一种Ni-Al二元模型单晶合金，其中，以重量百分含量计，所述Ni-Al二元模型单晶合金包括：铝6-10wt％、镍90-94wt％；且所述Ni-Al二元模型单晶合金中具有γ/γ′两相组织，所述Ni-Al二元模型单晶合金中的γ′相的体积分数不小于50％；所述Ni-Al二元模型单晶合金中的γ′相大致呈立方形态；优选的，所述Ni-Al二元模型合金中的γ′相的平均尺寸为0.1-0.5μm；进一步优选的，所述Ni-Al二元模型单晶合金中的γ′相的平均尺寸为0.1-0.4μm。
再一方面，本发明实施例还提供了上述Ni-Al二元模型单晶合金的制备方法，包括如下步骤：对上述的Ni-Al二元单晶合金进行热处理，得到Ni-Al二元模型单晶合金。
优选的，在所述步骤2)中，对所述Ni-Al二元单晶合金进行热处理的步骤包括：对所述Ni-Al二元单晶合金依次进行高温均匀化处理、一级时效处理、二级时效处理。
优选的，所述高温均匀化处理的步骤包括：使所述Ni-Al二元单晶合金在1290-1310℃的温度下保温15-20小时后，进行第一次淬火处理；优选的，所述第一次淬火处理的步骤包括：将Ni-Al二元单晶合金置于0-10℃(优选4℃)的冷却剂中进行淬火；进一步优选的，所述冷却剂选用冰水混合物。
优选的，所述一级时效处理的步骤包括：使高温均匀化处理后的Ni-Al二元单晶合金在1100-1140℃下保温4-6小时后，进行第二次淬火处理；优选的，所述第二次淬火处理的步骤包括：将Ni-Al二元单晶合金置于0-10℃(优选4℃)的冷却剂中进行淬火；进一步优选的，所述冷却剂选用冰水混合物。
优选的，所述二级时效处理的步骤包括：使一级时效处理后的Ni-Al二元单晶合金在820-860℃的温度下保温12-20小时后，冷却至室温，得到Ni-Al二元模型单晶合金。
与现有技术相比，本发明的一种Ni-Al二元单晶合金、Ni-Al二元模型单晶合金及其制备方法至少具有下列有益效果：
一方面，本发明设计及制备一种Ni-Al二元单晶合金，以重量百分含量计，该Ni-Al二元单晶合金的化学成分为Al 6-10wt％、Ni 90-94wt％；上述设计及制备的Ni-Al二元单晶合金的成分简单、成本低，且经过特定的热处理后能得到与先进单晶高温合金相似的γ/γ′双相组织的模型单晶合金，用于单晶高温合金组织调控、变形机理分析及元素作用分析等多种基础性实验与研究。
另一方面，本发明提供及制备一种Ni-Al二元模型单晶合金，具体是基于二元合金相图、并通过多个热处理步骤对Ni-Al二元单晶合金进行组织调控，获得了一种Ni-Al二元模型单晶合金；该Ni-Al二元模型单晶合金具有与先进单晶高温合金相似的γ/γ′双相组织，其γ′强化相体积分数较高，尺寸细小，立方度好，适用于单晶高温合金组织调控、变形机理分析及元素作用分析等多种基础性实验与研究。
进一步地，本发明实施例提供的Ni-Al二元模型单晶合金的成分简单，组织单一，易通过热暴露或添加外场等手段进行组织调控，且合金组织稳定性高，不产生其它有害相。
进一步地，本发明实施例提供的Ni-Al二元单晶合金制备工艺与普通单晶高温合金的制备工艺相似，无需复杂生产流程，且Ni-Al二元单晶合金的热处理方法简单易操作，热处理温度区间较大，易于大量制备。
进一步地，本发明实施例提供的Ni-Al二元单晶合金、Ni-Al二元模型单晶合金仅含有Ni元素和Al元素，与普通单晶高温合金相比，大幅度降低了合金的成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的实施例1提供的Ni-Al二元单晶合金在光学显微镜下的铸态组织图(即，热处理前的合金)；
图2是本发明的实施例1提供的Ni-Al二元单晶合金在扫描电镜下的铸态组织图(即，热处理前的合金)；
图3是本发明的实施例1制备的Ni-Al二元模型单晶合金的低倍显微组织图；
图4是本发明的实施例1制备的Ni-Al二元模型单晶合金的高倍显微组织图；
图5是本发明的实施例2制备的Ni-Al二元模型单晶合金的低倍显微组织图；
图6是本发明的实施例2制备的Ni-Al二元单晶合金的高倍显微组织图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
二元Ni-Al单晶合金是“素化”高温合金设计与研究的最基本模型合金，也是研究高温合金元素作用及微观变形机制的理想合金。本发明通过Ni-Al二元相图筛选出满足要求的合金成分，并通过适当热处理调控合金组织，可获得与先进单晶高温合金相似的γ/γ′特征组织，γ′强化相具有高体积分数和立方度，适用于界面调控、位错切割γ′相机理、合金元素作用机理等方面的研究。在本发明提出的二元Ni-Al模型单晶合金的基础上，可添加第三组元以研究不同合金元素的作用；亦可通过热暴露或添加外场等方法，调控合金中的γ/γ′相界面，从而实现界面调控提升单晶高温合金性能的目标。此外，该模型合金成分简单，仅含Ni和Al两种元素，成本低廉，适用于大量基础性的科学研究。
一方面，为了得到Ni-Al二元模型单晶合金，本发明的实施例先设计一种Ni-Al二元单晶合金，其中，以重量百分含量计，该Ni-Al二元单晶合金的成分由铝6-10wt％、镍90-94wt％(优选为铝6.5-9.5wt％、镍90.5-93.5wt％)组成。并且，该Ni-Al二元单晶合金中的杂质元素的成分满足以下条件：氧0-0.003wt％、氮0-0.0025wt％、硫0-0.0025wt、磷0-0.002wt％。
在此，本发明实施例提供的Ni-Al二元单晶合金的化学成分设计成上述的理由，是基于本申请发明人的以下研究：
根据Ni-Al二元相图可知，使得熔融态Ni-Al合金于凝固过程中能够析出Ni3Al相，即γ′强化相所需的Al元素成分范围约为3.5-13wt％。当Al元素的含量低于3.5wt％时，二元合金凝固过程中无γ′相析出，其完全形成Ni的无序固溶体。当Al元素含量高于13wt％时，合金完全转化为Ni3Al晶体，无特征γ/γ′两相组织。在此，为了能更好地模拟单晶高温合金中的微观变形过程，实现组织调控与元素调整，必须保证本发明提供的Ni-Al二元单晶合金与镍基单晶高温合金具有相似的组织，即本发明合金中γ′相的体积分数不可低于50％，且强化相的尺寸细小并呈较好的立方形态，合金中γ基体通道应清晰分明。因此，进一步筛选合金成分Al的含量范围为6～10wt％，当二元合金中Al的含量低于6wt％时，γ′强化相不易析出或尺寸过于细小，且总体积分数偏低；而合金中Al的含量高于10wt％时，γ′相在凝固析出及热处理过程中会过度粗化，导致强化相尺寸过于粗大，且部分γ基体通道消失，合金显微组织无法被进一步调控。综上，本发明提供的Ni-Al二元单晶合金综合考虑强化相的体积分数及尺寸，控制合金中Al的含量于6wt％与10wt％之间，且优选Al含量为6.5wt％与9.5wt％之间。
另一方面，上述的Ni-Al二元单晶合金的制备方法，包括如下步骤：
1)制备母合金：对合金生料进行熔炼处理后，将熔炼处理后的合金液浇注成母合金；其中，以重量百分含量计，所述合金生料包括：铝6-10wt％、镍90-94wt％；优选的，所述合金生料包括：铝6.5-9.5wt％、镍90.5-93.5wt％。
具体地，使合金生料在1570-1590℃的温度下精炼4-8min后，将熔炼处理得到的合金液于1450-1470℃的温度下浇注成母合金。
2)定向凝固处理：在定向炉中重熔母合金后，将母合金液浇铸成Ni-Al二元单晶合金(单晶试棒)；优选的，采用螺旋选晶法将母合金液浇铸成Ni-Al二元单晶合金。在所述定向凝固处理的步骤中：定向炉的温度梯度为40-80℃/cm；浇铸温度为1500-1550℃；模壳温度为1500-1550℃；单晶试棒的抽拉速率为4-8mm/min。
再一方面，本发明实施例提供一种Ni-Al二元模型单晶合金；其中，以重量百分含量计，所述Ni-Al二元模型单晶合金包括：铝6-10wt％、镍90-94wt％；且所述Ni-Al二元模型单晶合金中具有γ/γ′两相组织，所述Ni-Al二元模型单晶合金中的γ′相的体积分数不小于50％；所述Ni-Al二元模型单晶合金中的γ′相呈立方形态；所述Ni-Al二元模型单晶合金中γ′相的平均尺寸为0.1-0.5μm，优选为0.1-0.4μm(在此，析出相γ′类似于一个小立方体(立方形态)，尺寸指的是这个立方体的边长，平均尺寸指的是这个立方体的平均边长)。
在此，本发明实施例提供的Ni-Al二元模型单晶合金具有与先进单晶高温合金相似的γ/γ′双相组织，因此，本发明实施例提供的Ni-Al二元模型单晶合金作为模型合金，可广泛应用于指导单晶高温合金显微组织调控、元素作用、微观变形机理等基础性研究。并且，本实施例提供的Ni-Al二元模型单晶合金的成分主要是Ni和Al，因此，成分简单、成本低。
再一方面，本发明实施例还提供了上述Ni-Al二元模型单晶合金的制备方法，具体包括如下步骤：对上述的Ni-Al二元单晶合金进行热处理，得到Ni-Al二元模型单晶合金。
在此，本申请在制备出Ni-Al二元单晶合金的基础上，进一步对Ni-Al二元单晶合金进行热处理，得到Ni-Al二元模型单晶合金，是基于本申请发明人的以下研究：
(1)高温均匀化处理，本发明Ni-Al二元单晶合金仅含有Ni和Al两种元素，但合金铸态组织中枝晶偏析十分严重，γ′强化相的大小分布不均匀，且形态十分不规则(参见图1和图2)。因此，根据Ni-Al二元相图，将合金于单相γ基体相区，进行高温均匀化处理，以消除组织偏析，具体制度为1290-1310℃保温15-20小时。此外，由于均匀化处理温度较高，若在热处理后采用常规空冷处理，γ′相在冷却过程中极易形核并过度长大。因此，为抑制冷却过程中γ′相的生长，本发明热处理制度采用特殊的冰水混合物进行淬火。本发明合金经热处理后迅速置于4℃冰水混合物中冷却，可达到良好的抑制析出相长大的效果。
(2)一级时效处理，本发明的Ni-Al二元单晶合金经过高温均匀化处理后，虽然较大程度上消除了组织偏析，但合金中基体通道较宽，γ′相的体积分数较低。因此，为了进一步调整γ′相的尺寸和体积分数，将合金于低于均匀化处理的温度范围，进行一级时效处理，具体制度为1100-1140℃保温4-6小时。同理，时效处理后迅速将合金置于4℃冰水混合物中冷却，从而抑制γ′相的过度生长。
(3)二级时效处理，本发明Ni-Al二元单晶合金经过一级时效处理后，可获得分布均匀、尺寸细小的γ′相，且γ′相体积分数较高。然而，此时γ′相的形态仍然不规则，立方度较低。因此，为了获得与先进单晶高温合金完全相似的两相组织，提高二元合金中γ′相的立方度，将合金置于(γ+γ′)两相区，进行进一步的二级时效处理，具体制度为820-860℃保温12-20小时。合金经二级时效处理后，由于该热处理步骤温度较低，γ′相的长大速率低，可直接将合金空冷至室温，得到Ni-Al二元模型单晶合金。
下面通过具体实验实施例进一步对本发明进行详细说明：
实施例1
本实施例制备一种Ni-Al二元模型单晶合金，以重量百分含量计，其化学成分为：Ni的含量为91.8wt％、Al的含量为8.2wt％。其制备方法具体如下：
母合金冶炼及单晶试棒的制备步骤：采用真空感应熔炼炉制备母合金，母合金的精炼温度为1580℃，精炼时间为5min，浇注温度为1460℃。将母合金表面打磨氧化皮并吹砂处理后，用于单晶试棒浇铸。单晶试棒采用螺旋选晶法在定向凝固炉上进行制备；其中，单晶生长炉的温度梯度60℃/cm，单晶生长炉的上区温度和下区温度分别为1500℃和1570℃，浇铸温度为1550℃，模壳温度与浇铸温度保持一致；静置5min后，以6mm/min的拉速抽拉单晶试棒(即，得到Ni-Al二元单晶合金)。
热处理步骤：采用高温箱式电阻炉对单晶试棒进行热处理，首先在1310℃的温度下进行高温均匀化处理，保温16小时后，迅速将单晶试棒置于4℃的冰水混合物中淬火。随后在1140℃的温度下进行一级时效处理，保温4小时后，迅速将单晶试棒置于4℃的冰水混合物中淬火。最后在820℃的温度下进行二级时效处理，保温18小时后空冷至室温，得到Ni-Al二元模型单晶合金。
经过完全热处理后，在Ni-Al二元模型单晶合金中获得了理想的γ/γ′双相组织。其中γ′相分布均匀，立方度高，其体积分数约为55.1％，平均尺寸约为0.21μm，其显微组织参见图3和图4所示。
实施例2
本实施例制备一种Ni-Al二元模型单晶合金，以重量百分含量计，其化学成分为：Ni的含量为92.3wt％、Al的含量为7.7wt％。其制备方法具体如下：
母合金冶炼及单晶试棒的制备步骤：采用真空感应熔炼炉制备母合金，母合金的精炼温度为1580℃，精炼时间为5min，浇注温度为1460℃。将母合金表面打磨氧化皮并吹砂处理后，用于单晶试棒浇铸。单晶试棒采用螺旋选晶法在定向凝固炉上进行制备；其中，单晶生长炉的温度梯度60℃/cm，单晶生长炉的上区温度和下区温度分别为1500℃和1570℃，浇铸温度为1550℃，模壳温度与浇铸温度保持一致；静置5min后，以6mm/min的拉速抽拉单晶试棒(即，得到Ni-Al二元单晶合金)。
热处理步骤：采用高温箱式电阻炉对单晶试棒进行热处理，首先在1300℃的温度下进行高温均匀化处理，保温20小时后，迅速将单晶试棒置于4℃的冰水混合物中淬火。随后在1130℃的温度下进行一级时效处理，保温4小时后，迅速将单晶试棒置于4℃的冰水混合物中淬火。最后在840℃的温度下进行二级时效处理，保温14小时后空冷至室温，得到Ni-Al二元模型单晶合金。
经过完全热处理后，在Ni-Al二元模型单晶合金中获得了理想的γ/γ′双相组织。其中γ′相分布均匀，立方度高，其体积分数约为53.0％，平均尺寸约为0.19μm，其显微组织图参见图5和图6所示。
实施例3
本实施例制备一种Ni-Al二元模型单晶合金，以重量百分含量计，其化学成分为：Ni的含量为92.7wt％、Al的含量为7.3wt％。其制备方法具体如下：
母合金冶炼及单晶试棒的制备步骤：采用真空感应熔炼炉制备母合金，母合金的精炼温度为1580℃，精炼时间为5min，浇注温度为1460℃。将母合金表面打磨氧化皮并吹砂处理后，用于单晶试棒浇铸。单晶试棒采用螺旋选晶法在定向凝固炉上进行制备；其中，单晶生长炉的温度梯度60℃/cm，单晶生长炉的上区温度和下区温度分别为1500℃和1570℃，浇铸温度为1550℃，模壳温度与浇铸温度保持一致；静置5min后，以6mm/min的拉速抽拉单晶试棒(即，得到Ni-Al二元单晶合金)。
热处理步骤：采用高温箱式电阻炉对单晶试棒进行热处理，首先在1290℃的温度下进行高温均匀化处理，保温20小时后，迅速将单晶试棒置于4℃的冰水混合物中淬火。随后在1120℃的温度下进行一级时效处理，保温5小时后，迅速将单晶试棒置于4℃的冰水混合物中淬火。最后在850℃的温度下进行二级时效处理，保温16小时后空冷至室温，得到Ni-Al二元模型单晶合金。
经过完全热处理后，在Ni-Al二元模型单晶合金中获得了理想的γ/γ′双相组织。其中γ′相分布均匀，立方度高，其体积分数约为51.7％，平均尺寸约为0.18μm。
实施例4
本实施例制备一种Ni-Al二元模型单晶合金，以重量百分含量计，其化学成分为：Ni的含量为91.1wt％、Al的含量为8.9wt％。其制备方法具体如下：
母合金冶炼及单晶试棒的制备步骤：采用真空感应熔炼炉制备母合金，母合金的精炼温度为1580℃，精炼时间为5min，浇注温度为1460℃。将母合金表面打磨氧化皮并吹砂处理后，用于单晶试棒浇铸。单晶试棒采用螺旋选晶法在定向凝固炉上进行制备；其中，单晶生长炉的温度梯度60℃/cm，单晶生长炉的上区温度和下区温度分别为1500℃和1570℃，浇铸温度为1550℃，模壳温度与浇铸温度保持一致；静置5min后，以6mm/min的拉速抽拉单晶试棒(即，得到Ni-Al二元单晶合金)。
热处理步骤：采用高温箱式电阻炉对单晶试棒进行热处理，首先在1310℃的温度下进行高温均匀化处理，保温20小时后，迅速将单晶试棒置于4℃的冰水混合物中淬火。随后在1100℃的温度下进行一级时效处理，保温6小时后，迅速将单晶试棒置于4℃的冰水混合物中淬火。最后在860℃的温度下进行二级时效处理，保温12小时后空冷至室温，得到Ni-Al二元模型单晶合金。
经过完全热处理后，在Ni-Al二元模型单晶合金中获得了理想的γ/γ′双相组织。其中γ′相分布均匀，立方度高，其体积分数约为57.4％，平均尺寸约为0.24μm。
综上，上述实施例表明了本发明实施例提出的设定化学成分的Ni-Al二元单晶合金，进一步经本发明实施例提出的热处理方法处理后，能得到γ′强化相体积分数高，尺寸细小且立方度较好的Ni-Al二元模型单晶合金。因此，本发明实施例提出的Ni-Al二元模型单晶合金完全具备作为模型合金的条件，可用于模拟单晶高温合金变形过程，探究合金元素作用，或进一步用于界面结构及组织特征调控等实验和研究。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种Ni-Al二元单晶合金，其特征在于，以重量百分含量计，所述Ni-Al二元单晶合金包括：铝6-10wt％、镍90-94wt％；
优选的，所述Ni-Al二元单晶合金包括铝6.5-9.5wt％、镍90.5-93.5wt％。
2.根据权利要求1所述的Ni-Al二元单晶合金，其特征在于，在所述Ni-Al二元单晶合金中，杂质元素的成分满足以下条件：氧0-0.003wt％、氮0-0.0025wt％、硫0-0.0025wt、磷0-0.002wt％。
3.一种权利要求1或2所述的Ni-Al二元单晶合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备母合金步骤：对合金生料进行熔炼处理后，将熔炼处理得到的合金液浇注成母合金；其中，以重量百分含量计，所述合金生料包括铝6-10wt％、镍90-94wt％；优选的，所述合金生料包括铝6.5-9.5wt％、镍90.5-93.5wt％；
定向凝固处理步骤：在定向炉中重熔母合金后，将母合金液浇铸成Ni-Al二元单晶合金；
优选的，在所述制备母合金步骤中，使合金生料在1570-1590℃的温度下精炼4-8min后，将熔炼处理得到的合金液于1450-1470℃的温度下浇注成母合金；
优选的，在所述定向凝固处理步骤中，采用螺旋选晶法将母合金液浇铸成Ni-Al二元单晶合金。
4.根据权利要求3所述的Ni-Al二元单晶合金的制备方法，其特征在于，在所述定向凝固处理的步骤中：
定向炉的温度梯度为40-80℃/cm；和/或
浇铸温度为1500-1550℃；和/或
模壳温度为1500-1550℃；和/或
Ni-Al二元单晶合金的抽拉速率为4-8mm/min。
5.一种Ni-Al二元模型单晶合金，其特征在于，以重量百分含量计，所述Ni-Al二元模型单晶合金包括：铝6-10wt％、镍90-94wt％；且所述Ni-Al二元模型单晶合金中具有γ/γ′两相组织，所述Ni-Al二元模型单晶合金中的γ′相的体积分数不小于50％；所述Ni-Al二元模型单晶合金中的γ′相大致呈立方形态；
优选的，所述Ni-Al二元模型合金中的γ′相的平均尺寸为0.1-0.5μm；进一步优选的，所述Ni-Al二元模型单晶合金中的γ′相的平均尺寸为0.1-0.4μm。
6.一种权利要求5所述的Ni-Al二元模型单晶合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
对权利要求1或2所述Ni-Al二元单晶合金进行热处理，得到Ni-Al二元模型单晶合金。
7.根据权利要求6所述的Ni-Al二元模型单晶合金的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，对所述Ni-Al二元单晶合金进行热处理的步骤包括：
对所述Ni-Al二元单晶合金依次进行高温均匀化处理、一级时效处理、二级时效处理。
8.根据权利要求7所述的Ni-Al二元模型单晶合金的制备方法，其特征在于，所述高温均匀化处理的步骤包括：
使所述Ni-Al二元单晶合金在1290-1310℃的温度下保温15-20小时后，进行第一次淬火处理；
优选的，所述第一次淬火处理的步骤包括：将Ni-Al二元单晶合金置于0-10℃的冷却剂中进行淬火；进一步优选的，所述冷却剂选用冰水混合物。
9.根据权利要求7所述的Ni-Al二元模型单晶合金的制备方法，其特征在于，所述一级时效处理的步骤包括：
使高温均匀化处理后的Ni-Al二元单晶合金在1100-1140℃下保温4-6小时后，进行第二次淬火处理；
优选的，所述第二次淬火处理的步骤包括：将Ni-Al二元单晶合金置于0-10℃的冷却剂中进行淬火；进一步优选的，所述冷却剂选用冰水混合物。
10.根据权利要求7所述的Ni-Al二元模型单晶合金的制备方法，其特征在于，所述二级时效处理的步骤包括：
使一级时效处理后的Ni-Al二元单晶合金在820-860℃的温度下保温12-20小时后，冷却至室温，得到Ni-Al二元模型单晶合金。
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