一种高性能无硼预制板的制备及应用方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能无硼预制板的制备及应用方法。该方法中涉及一种无硼的Ni

【技术实现步骤摘要】
一种高性能无硼预制板的制备及应用方法


[0001]本专利技术属于材料工程
，具体为一种高性能无硼预制板的制备及应用方法。

技术介绍

[0002]高温合金是燃气轮机制造的关键材料，通常为高Al、Ti含量的镍基高温合金，γ
’
(Ni3Al相)体积百分数一般高达60％以上，这类材料高温强度高，焊接性差。传统的高温合金修复方法主要分为熔焊和钎焊。熔焊修复高铝钛合金，难以避免在焊接熔化过程中析出γ
，
相，在焊接应力的作用下形成结晶裂纹，微裂纹发生的可能性与γ
’
(Ni3Al相)数量成正比，且修复区强度与抗氧化、耐蚀性能也显著降低。真空钎焊属于整体加热，减少了裂纹出现的概率，容易产生线性低熔点共晶、大块硼化物、成分偏析的问题，严重影响了结合强度和高温性能。粉末冶金修复再制造弥补了熔覆焊和钎焊的缺点，大多数粉末冶金活化剂以硼作为熔点抑制元素，具有良好的扩散性能及熔点抑制作用，同时在修复区形成硬脆的硼化物或低熔点共晶，在热处理过程中共晶熔化形成孔洞缺陷，且消除共晶相的长时扩散会破坏基材组织。为此，成份设计兼顾熔点抑制和母材匹配性的无硼活化剂是现阶段最理想的一类活化剂。
[0003]高温合金叶片长期工作在高温、高压、腐蚀燃气等恶劣环境中，易产生粗大裂纹与腐蚀坑等缺陷，去除缺陷后，待修区一般呈现狭窄深槽，大面积欠肉等特点。因此，设计具有优良熔点抑制作用的无硼活化剂对良好的流动填充性尤为重要，同时，由于无硼活化剂粉末制备工艺难度大，特别是降熔元素Ti、Al、Ta、Nb含量高且容易氧化，传统采用粉末混合的方式，由于比表面积大，在真空度情况下冶金结合不完全，对无硼活化剂的工艺性提出了挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的正是针对现有技术存在的问题，提供一种无硼活化剂。该无硼活化剂的主要组成元素与高温合金本体基本一致，无外引元素，仅通过元素调控，避免了采用硼作为熔点抑制或熔点控制元素，避免了硼化物大范围析出。可针对Mar
‑
MARM247或IN738LC等抗氧化、蠕变性能好及强度高的合金进行修复，也可以用于其他镍基高温合金。
[0005]本专利技术的另外一个专利技术目的是提供利用以上所述的无硼活化剂经液相烧结成型修复高温合金部件的方法。
[0006]本专利技术的第三个专利技术目的是提供利用以上所述无硼活化剂制备高性能无硼预制板的方法。
[0007]为了实现以上专利技术目的，本专利技术的技术方案为：
[0008]一种无硼活化剂，包括活化剂粉末，该活化剂粉末为包括以下质量百分含量元素的粉末:14.0～18.0的Cr，5.0～7.0的Al，5.0～7.0的Ti，8.0～12.0的Co，1.5～6.0的Nb，9.0～12.0的Mo，3.0～7.0的Ta，0.01～0.1的W，0.05～0.10的Zr，余量为镍和不可避免的杂
质，总百分含量之和为100％。
[0009]作为本申请中一种较好的实施方式，该无硼活化剂的熔点为1140℃～1170℃。
[0010]该无硼活化剂成分不含硼、硅、锆、铪等传统熔点抑制元素，均为高温合金中的强化元素，不产生异质弱化相；合金熔点抑制作用良好；直接烧结和预置板制备两种方法。
[0011]一种利用所述的无硼活化剂经液相烧结成型修复高温合金部件的方法，其包括以下步骤：
[0012]步骤一无硼活化剂粉末的制备
[0013]选择纯度不低于99.99％的Ni、Co、Ta、W、Cr、Ti、Al、Nb、Mo、Zr，按比例进行配料；通过真空感应熔炼炉将上述原料熔炼成合金锭；通过旋转电极或真空雾化的方式制备成粉末，备用；
[0014]步骤二坯料制备
[0015]母材粉坯的制备：以镍基高温合金粉末为母材粉末(母材粉末为市售的高温合金粉末，如MarM247或IN738LC等)，向其中加入粘结剂并搅拌均匀，将混合好的坯粉均匀的涂覆在待修复的缺陷上，待用；
[0016]无硼活化剂浆料的制备：向步骤一中制备的无硼活化剂粉末中加入粘结剂并搅拌均匀，待用；
[0017]制备复合坯：将用无硼活化剂粉末制备的浆料均匀涂敷在母材粉坯上方，自然干燥8
‑
24h,待用；
[0018]步骤三真空液相烧结
[0019]将复合坯放入真空热处理炉中进行瞬时液相烧结，结束后随炉冷却。
[0020]步骤四尺寸恢复
[0021]对修复区域进行加工或打磨恢复尺寸型线。
[0022]作为本申请中一种较好的实施方式，步骤一中，无硼活化剂粉末经筛分使粉末粒度为5～106微米。
[0023]作为本申请中一种较好的实施方式，步骤二中，母材粉坯的制备时，粘结剂的添加量为母材粉末的0.5％
‑
0.8％；无硼活化剂浆料制备时，粘结剂的添加量为无硼活化剂粉末的0.8％
‑
1.2％；制备复合坯时，母材粉坯与无硼活化剂粉末浆料的质量比为1:0.5
‑
1.3(此处的两次加料，一次为母材粉加粘结剂成型坯板，另一次为活化剂加粘结剂置于坯板上方，两次加料有一定的比例关系)，无硼活化剂粉末制备的浆料均匀涂敷在母材粉坯上方后须自然干燥8
‑
24h。
[0024]上述粘结剂为商业产品，优选Wall Colmonoy Corporation公司的NICROBRAZ
‑
S粘结剂。
[0025]作为本申请中一种较好的实施方式，步骤三真空液相烧结的条件为：真空炉的真空度为1.0
×
10
‑2Pa，以5℃
‑
15℃/min的速度升温到1180℃
±
5℃
‑
1220℃
±
5℃，保温时间为30min
‑
120min。
[0026]一种利用前述无硼活化剂制备高温合金修复的无硼预制焊接板的方法，包括以下步骤：
[0027]步骤一无硼活化剂粉末的制备
[0028]选择纯度不低于99.99％的Ni、Co、Ta、W、Cr、Ti、Al、Nb、Mo、Zr，按比例进行配料；通
过真空感应熔炼炉将上述原料熔炼成合金锭；通过旋转电极或真空雾化的方式制备成粉末，备用；
[0029]步骤二预制态焊接板坯的制备
[0030]母材粉末板坯的制备：以镍基高温合金粉末为母材粉末(母材粉末为市售的高温合金粉末，如MarM247或IN738LC等)，向其中加入粘结剂并搅拌均匀，将混合好的母材粉末在高温合金板或陶瓷板上堆砌成1～10mm的板坯，采用定高模具修平；
[0031]无硼活化剂浆料的制备：向步骤一中制备的无硼活化剂粉末中加入粘结剂并搅拌均匀，待用；
[0032]制备复合坯板：将无硼活化剂粉末制备的浆料均匀涂敷在母材粉末板坯上方，自然干燥后在真空炉中进行预烧制，结束后随炉冷却或充气冷却；
[0033]步骤三预制态焊接板定型
[0034]根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温合金无硼活化剂，包括活化剂粉末，其特征在于该活化剂粉末为包括以下质量百分含量元素的粉末:14.0～18.0的Cr，5.0～7.0的Al，5.0～7.0的Ti，8.0～12.0的Co，1.5～4.5的Nb，9.0～12.0的Mo，3.0～7.0的Ta，＜0.01的W，0.05～0.10的Zr，余量为镍和不可避免的杂质，总百分含量之和为100％。2.如权利要求1所述的无硼活化剂，其特征在于，该无硼活化剂的熔点为1140℃～1170℃；用于对抗氧化、蠕变性能好及强度高的合金进行修复，或用于其他镍基高温合金的修复。3.利用如权利要求1或2所述的无硼活化剂经液相烧结成型修复高温合金部件的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一无硼活化剂粉末的制备选择纯度不低于99.99％的Ni、Co、Ta、W、Cr、Ti、Al、Nb、Mo、Zr，按比例进行配料；通过真空感应熔炼炉将上述原料熔炼成合金锭；通过旋转电极或真空雾化的方式制备成粉末，备用；步骤二坯料制备母材粉坯的制备：以镍基高温合金粉末为母材粉末，向其中加入粘结剂并搅拌均匀，将混合好的坯粉均匀的涂覆在待修复的缺陷上，待用；无硼活化剂浆料的制备：向步骤一中制备的无硼活化剂粉末中加入粘结剂并搅拌均匀，待用；制备复合坯：将用无硼活化剂粉末制备的浆料均匀涂敷在母材粉坯上方，自然干燥8
‑
24h,待用；步骤三真空液相烧结将复合坯放入真空热处理炉中进行瞬时液相烧结，结束后随炉冷却。步骤四尺寸恢复对修复区域进行加工或打磨恢复尺寸型线。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤一中，无硼活化剂粉末经筛分使粉末粒度为5～106微米。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤二中，母材粉坯的制备时，粘结剂的添加量为母材粉末的0.5％
‑
0.8％；无硼活化剂浆料制备时，粘结剂的添加量为无硼活化剂粉末的0.8％
‑
1.2％；制备复合坯时，母材粉坯与无硼活化剂粉末浆料的质量比为1:0.5
‑
1.3，无硼活化剂粉末制备的浆料均匀涂敷在母材粉坯上方后须自然干燥8
‑
24h。6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤三真空液相烧结的条件为：真空炉的真空度为1.0
×
10
‑2Pa，以5℃
‑
15℃/min的速度升温到1180℃
±
5℃
‑
1220℃
±
5℃，保温时间为30min
‑
120min。7.利用权利要求1或2所述的无硼活化剂制备高温合金修复的无硼预制焊接板的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一无硼活化剂粉末的制备选择纯度不低...

【专利技术属性】
技术研发人员：管迎博，高振桓，聂丽萍，巩秀芳，隆彬，王天剑，李金祺，孙友贝，李定骏，罗超，杨乐馨，方宇，
申请(专利权)人：东方电气集团东方汽轮机有限公司，
类型：发明
国别省市：