本发明专利技术公开了一种采用籽晶法与螺旋选晶法组合制备Ｎｉ基单晶高温合金的方法，首先在Ｎｉ基单晶高温合金体上定向切割出具有一定晶体取向的籽晶，将籽晶沿伸入螺旋选晶器蜡模一端，螺旋选晶器蜡模的另一端与零件蜡模连接，并在籽晶、螺旋选晶器蜡模和零件蜡模的外部涂挂陶瓷耐火浆料，然后经脱蜡、培烧制得带有籽晶的陶瓷模壳，利用陶瓷模壳在单晶炉中浇注成型制备Ｎｉ基单晶高温合金材料。本发明专利技术单晶制备技术可以精确控制单晶的晶体取向及微观组织，制备优质的Ｎｉ基单晶高温合金材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种Ni基单晶高温合金材料的制备方法，更特别地说，是指一种采 用籽晶法与螺旋选晶法两种工艺的组合进行制备Ni基单晶高温合金的方法。技术背景航空航天技术的高度发展，要求发动机具有更高的推重比及工作效率，这便要求 发动机具有更高的工作温度。目前，单晶高温合金由于具有熔点高、高温强度和抗蠕 变性能优良等优点，是制造先进航空发动机涡轮叶片和导向叶片的关键材料。单晶高 温合金在定向凝固过程中，生长方向表现出明显的择优取向，该择优取向往往与轴向 存在一定偏角，使单晶铸件的性能显著下降，对于航空发动机的广泛应用带来不利影 响，所以晶体取向的控制尤为重要。螺旋选晶法是指通过螺旋型晶体生长通道与晶粒在单向热流条件下择优生长的 耦合作用逐渐淘汰晶粒制备单晶体的方法。籽晶法是指在选取的优良的单晶体上切取一定晶体取向的籽晶，采用在籽晶表面 外延生长出单晶体，所制得单晶体的晶体取向与籽晶的晶体取向一致。现在航空工业中制造单晶高温合金叶片的工艺方法主要是螺旋选晶法，其单晶成 功率高，但选晶法不能控制单晶高温合金的晶体取向和凝固组织，而对单晶力学性能 的影响因素主要是晶体取向和凝固组织。籽晶法虽然可以有效的控制单晶的晶体取向 和凝固组织，伹其单晶成功率极低。 专利技术 内 容本专利技术的目的是提出一种Ni基单晶高温合金采用籽晶法与螺旋选晶法组合制备 的方法，该组件制备方法借助于籽晶法对晶体取向及凝固组织的精确控制和螺旋选晶 法高的单晶成功率，并且组合制得的Ni基单晶高温合金具有与Ni基单晶高温合金籽 晶一致的晶体取向；通过两种制备单晶高温合金材料工艺组合，从而获得性能优良的 单晶高温合金材料。本专利技术是一种采用籽晶法与螺旋选晶法组合制备Ni基单晶髙温合金的方法，该 组合工艺包括下列制备步骤第一步，制备Ni基单晶高温合金的籽晶；在Ni基单晶高温合金体上定向切割出具有一定晶体取向的试块，并对试块的晶 面进行抛光处理和表面腐蚀处理，获得Ni基单晶高温合金籽晶；抛光处理条件釆用150#、 360#、 500弁、IOOO弁、2000弁水磨砂纸磨光试块 的晶面，然后在抛光机上进行抛光处理；表面腐蚀处理条件将抛光后的试块采用腐蚀剂表面处理2 lOmin后取出， 即得Ni基单晶高温合金籽晶；所述Ni基单晶高温合金体材料是Ni- (0~18) Cr- (0 11) Co- (0 11) W- (0-6) Mo- (3~8) A1- (0~10) Ta- (0 3) Re- (0 5) Ti;所述腐蚀剂是硝酸、氢氟酸和甘油组成，且每10ml硝酸中加入10 50ml氢 氟酸和40~ 100ml甘油；或者是所述腐蚀剂是由盐酸和过氧化氢组成，且每10ml盐酸中加入5 30ml 过氧化氢；第二步，制备螺旋选晶器蜡模；将蜡料在40 12(TC的温度条件下熔化后注入模具中，并在0.5 lOMPa压力 下压制成型，制得螺旋选晶器蜡模； 第三步，制备零件蜡模；将蜡料在40~ 12CrC的温度条件下熔化后注入零件纟莫具中，并在0.5~ lOMPa 压力下压制成型，制得零件蜡模；第四步，将上述第一步中制得的Ni基单晶高温合金籽晶1的晶面向上沿伸至上 述第二步中制得的螺旋选晶器蜡模2中，且Ni基单晶高温合金籽晶1伸入螺旋选晶 器蜡模2有0.5 10mm;螺旋选晶器蜡模2的上端放置零件蜡+莫3;在Ni基单晶高温合金籽晶1、螺旋选晶器蜡模2和零件蜡^莫3的外部涂挂3~ 20mm厚的陶瓷耐火浆料，然后在120 50CrC温度下脱蜡，在800 1700'C温度 下培烧5 15h后制得带有籽晶的陶瓷模壳；5中制得的陶瓷模壳放入单晶炉中，调节单晶炉内温度至 1350~1950°C,金属液通过浇注口 4流入陶瓷模壳中，保温等待2 30min后； 以0.1 15mm/min的速度向下移动拉晶，拉晶结束后，随炉冷却至室温后取出， 即制得与Ni基单晶高温合金籽晶晶体取向一致和优良凝固组织的Ni基单晶高温合金 材料；所述金属液的温度为1400 1800°C。在本专利技术中，第二步和第三步中的所述蜡料是7iBKB牌号的蜡料、OH-l牌号 的蜡料、OH-2牌号的蜡料、OH-3牌号的蜡料、OH-4牌号的蜡料、P-3牌号的蜡 料、B-l牌号的蜡料或者7iC50-50牌号的蜡料。 附图说明图1是Ni基单晶高温合金体上《OOh取向的示意图。图2是Ni基单晶髙温合金体上<011>取向的示意图。图3是Ni基单晶高温合金体上< 111 >取向的示意图。图4是蜡模模型组装示意图。图5A是Ni基单晶高温合金籽晶的金相照片。图5B是经本专利技术方法制得的Ni基单晶高温合金的金相照片。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种釆用籽晶法与螺旋选晶法组合制备Ni基单晶髙温合金的方法，该 组合工艺包括下列制备步骤第一步，制备Ni基单晶高温合金的籽晶；参见图l所示，在^基单晶高温合金体上定向切割出具有<001>取向的试块， 并对试块的(OOl)面进行抛光处理和表面腐蚀处理，获得Ni基单晶髙温合金籽晶； 所述(OOl)面即为A、 B、 C、 D四点形成的面；抛光处理条件采用150#、 360#、 500#、 1000#、 2000#水磨砂纸磨光试块 的(OOl)面，然后在抛光机上进行抛光处理；表面腐蚀处理条件将抛光后的试块采用腐蚀剂表面处理2 10min后取出， 即得Ni基单晶高温合金籽晶；所述腐蚀剂是硝酸HN03、氢氟酸HF和甘油(33^03组成，且每lOml硝酸中 加入10~50ml氢氟酸和40 lOOml甘油；或者由盐酸HC1和过氧化氢&02组成，且每10ml盐酸中加入5~30ml过氧化氢；所述Ni基单晶高温合金体材料是Ni- (0 18) Cr- (0~11) Co- (0~11) W- (0 6) Mo- (3 8) A1- (0 10) Ta- (0 3) Re- (0 5) Ti; 第二步，制备螺旋选晶器蜡模；将蜡料在40 120。C的温度条件下熔化后注入螺旋选晶器模具中，并在0.5 10MPa压力下压制成型，制得螺旋选晶器蜡模；所述蜡料是兀BKB牌号的蜡料、OH-l牌号的蜡料、OH-2牌号的蜡料、OH-3 牌号的蜡料、OH-4牌号的蜡料、P-3牌号的蜡料、B-1牌号的蜡料或者7iC50-50 牌号的蜡料；第三步，制备零件蜡模；将蜡料在40 12(TC的温度条件下熔化后注入零件模具中，并在0.5 lOMPa 压力下压制成型，制得零件蜡模；所述蜡料是兀BKB牌号的蜡料、OH-l牌号的蜡料、OH-2牌号的蜡料、OH-3 牌号的蜡料、OH-4牌号的蜡料、P-3牌号的蜡料、B-1牌号的蜡料或者兀C50-50 牌号的蜡料；第二步与第三步中的所述模具(螺旋选晶器模具、零件模具)形状与所需制得 的零件形状相关。参见图4所示，第四步,将上述第一步中制得的Ni基单晶高温合金籽晶1的(OOl) 面向上沿伸至上述第二步中制得的螺旋选晶器蜡模2中，且Ni基单晶高温合金籽晶 1伸入螺旋选晶器蜡模2有0.5~ 10mm;螺旋选晶器蜡模2的上端放置零件蜡模3;所述零件蜡+莫3的蜡料是7iBKB牌号的蜡料、OH-l牌号的蜡料、OH-2牌号 的蜡料、OH本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用籽晶法与螺旋选晶法组合制备Ｎｉ基单晶高温合金的方法，其特征在于包括有下列步骤：第一步，制备Ｎｉ基单晶高温合金的籽晶；在Ｎｉ基单晶高温合金体上定向切割出具有一定晶体取向的试块，并对试块的晶面进行抛光处理和表面腐蚀处理， 获得Ｎｉ基单晶高温合金籽晶；抛光处理条件：采用１５０＃、３６０＃、５００＃、１０００＃、２０００＃水磨砂纸磨光试块的晶面，然后在抛光机上进行抛光处理；表面腐蚀处理条件：将抛光后的试块采用腐蚀剂表面处理２～１０ｍｉｎ后取出，即 得Ｎｉ基单晶高温合金籽晶；第二步，制备螺旋选晶器蜡模；将蜡料在４０～１２０℃的温度条件下熔化后注入模具中，并在０．５～１０ＭＰａ压力下压制成型，制得螺旋选晶器蜡模；第三步，制备零件蜡模；将蜡料在４０～１２０℃ 的温度条件下熔化后注入零件模具中，并在０．５～１０ＭＰａ压力下压制成型，制得零件蜡模；第四步，将上述第一步中制得的Ｎｉ基单晶高温合金籽晶１的晶面向上沿伸至上述第二步中制得的螺旋选晶器蜡模２中，且Ｎｉ基单晶高温合金籽晶１伸入螺旋选晶器 蜡模２有０．５～１０ｍｍ；螺旋选晶器蜡模２的上端放置零件蜡模３；在Ｎｉ基单晶高温合金籽晶１、螺旋选晶器蜡模２和零件蜡模３的外部涂挂３～２０ｍｍ厚的陶瓷耐火浆料，然后在１２０～５００℃温度下脱蜡，在８００～１７００℃温度下培烧５～１５ ｈ后制得带有籽晶的陶瓷模壳；第五步，将上述第三步中制得的陶瓷模壳放入单晶炉中，调节单晶炉内温度至１３５０～１９５０℃，金属液通过浇注口４流入陶瓷模壳中，保温等待２～３０ｍｉｎ后；以０．１～１５ｍｍ／ｍｉｎ的速度向下移动拉晶，拉晶结束 后，随炉冷却至室温后取出，即制得与Ｎｉ基单晶高温合金籽晶晶体取向一致和优良凝固组织的Ｎｉ基单晶高温合金材料；所述金属液的温度为１４００～１８００℃。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李树索，蒋立武，韩雅芳，武美伶，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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