一种1100℃用镍基高温合金及其增材制造方法技术

本发明专利技术公开了一种1100℃用镍基高温合金及其增材制造方法，本发明专利技术镍基高温合金按质量百分比计，包括，4.0

【技术实现步骤摘要】
一种1100
℃
用镍基高温合金及其增材制造方法


[0001]本专利技术涉及激光增材制造镍基高温合金的方法，尤其是涉及一种1100℃用镍基高温合金及其增材制备方法。

技术介绍

[0002]镍基高温合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类以镍元素为基体（含量一般大于50％）合金，其是高温合金中高温强度最强的一种，自专利技术以来就获得了较为广泛的应用，其应用范围主要包括各种工业燃气轮机、航空发动机和核反应堆中的热端部件，如涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘以及燃烧室。
[0003]随着我国航空航天事业的蓬勃发展和核电工业及其他能源工业的持续深入发展，高温合金面临着很大需求。特别是随着工业的发展，高性能发动机的需求日益扩大，涡轮入口处温度不断提高，为了满足航空发动机和工业燃气轮机的发展需求，需不断提高镍基高温合金的承温能力。
[0004]这就要求不断发展和改善高温合金的成分和加工工艺，而增材制造是一种“自下而上”材料累加的制造工艺，具体成型过程为：先通过计算机建模软件建模,利用“离散+堆积+叠层”的原理，在零件CAD三维实体模型切片数据的基础上，通过计算机编程控制高功率激光熔化同步输送的金属粉末，并且在基材表面熔化部分材料，两者混合形成熔池，激光束扫过后熔池发生快速凝固，从而沉积在已凝固基材上，逐层堆积，最终得到三维样件。由于高能激光束将粉末熔覆到已凝固基材，具有超高温度梯度，可以实现非平衡快速凝固，形成冶金结合，使得样件组织细小，致密度高，表面质量好，可介于铸件和锻件之间，具有优异的力学性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，通过创新镍基高温合金成分，具体是通过在镍基高温合金基体中添加Mo、Cr、W、Ta、Al、Ti、Hf等合金元素，特别是添加并控制Y2O3的含量，以决定高温合金的微观组织，并辅之以增材制造以及独特的热处理工艺，从而生产出更高强度的镍基高温合金以满足燃烧室零部件在1100℃温度下使用的要求。
[0006]第一，本专利技术提供一种镍基高温合金，其特征在于：按质量百分比计，包括，4.0
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5.0%Cr；4.0
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5.0%Co；1.0
‑
2.0%Nb；1.0
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1.5%Ti；6.0
‑
6.5%Al；2.0
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3.0%W；3.0
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4.0%Mo；8.0
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8.5%Ta；0.2
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0.4%Hf；0.02
‑
0.08%Y2O3；余量的Ni。
[0007]进一步优选的，按质量百分比计，W和Mo的总量不超过6%。
[0008]进一步优选的，按质量百分比计，Ti/Al=0.18~0.22。
[0009]进一步优选的，γ
′
相呈规则立方状，与γ基体保持共格关系；γ
′
相体积分数为50
‑
60%，平均尺寸为0.5μm。
[0010]进一步优选的，所述镍基高温合金的在1100℃下的抗拉强度和屈服强度大于350MPa、1100℃/158MPa服役条件下平均持久寿命超过35h。
[0011]第二，本专利技术还提供了上述技术方案所述的镍基高温合金的增材制造方法，包括以下步骤：1）准备合金粉末，所述合金粉末的成分满足所述镍基高温合金的成分要求；2）在保护气氛下，采用激光选区熔化的增材制造方式沉积镍基高温合金；3）将增材制造得到的镍基高温合金进行热处理。
[0012]进一步优选的，所述准备合金粉末，是按照所述镍基高温合金的成分要求配置除Y2O3之外各合金元素的混合粉末，然后将混合粉末放入真空熔炼炉中进行熔炼，浇铸成实心棒材；随后将棒材放入真空雾化制粉设备中，采用真空惰性气体气雾化技术制成合金粉末，将冷却后的粉末取出、筛分，获得粒径在5
‑
20微米的合金粉末；随后将合金粉末与纳米Y2O3粉末进行混粉得到最终的合金粉末。
[0013]进一步优选的，所述混粉为，首先进行同步送粉碰撞混合，然后进行螺杆管道混合，最后进行气流
‑
锥形聚集循环混合。
[0014]进一步优选的，所述增材制造的光斑直径为90
‑
100μm，激光功率为270
‑
300W，扫描速度为940
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980mm/s，层厚为30
‑
40μm。
[0015]进一步优选的，所述热处理为，先将镍基高温合金加热至1290
‑
1295℃保温2h进行均匀化热处理，随后空冷至室温；随后将镍基高温合金加热至1290
‑
1310℃保温2
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4h后空冷至室温。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：第一，本专利技术对于镍基高温合金的成分设计做了调整和改进，合金元素的种类和含量对镍基高温合金的组织和性能都有着十分显著的影响，通过对合金的成分的调整，可获得更高的性能；特别是Y2O3氧化物，不与镍基体发生反应，具有非常好的热稳定性和化学稳定性，其强化作用可以维持到接近合金的熔点温度，使高温合金的工作温度提高100℃至200℃。
[0017]第二，Y2O3混合的均匀性是确保材料性能稳定的关键，本专利技术采用同步送粉碰撞混合、螺杆管道混合、气流
‑
锥形聚集循环混合的复合混合手段，确保了合金粉末与Y2O3的混合均匀性，以及后续制备镍基高温合金中Y2O3的分散均匀性。
[0018]第三，本专利技术通过独特的激光增材制造理念以及高能激光快速熔化/凝固冶金机制，配合合适的增材制造工艺参数及热处理工艺，解决高度合金化后的镍基合金凝固后成分偏析严重问题，以及后期无法进行形变热处理问题。
附图说明
[0019]图1为本专利技术混粉装置结构示意图。
[0020]图2为本专利技术热处理工艺的示意图。
[0021]图3为本专利技术的镍基高温合金的显微组织光镜照片。
[0022]图4为本专利技术的镍基高温合金的显微组织电镜照片。
具体实施方式
[0023]以下将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行描述。
[0024]本专利技术主要包括以下几个步骤：1.原材料的选择；2.粉末的制备与混合；3.构件成
形；4.热处理；5.性能测试。
[0025]1.原材料的选择：合金元素的种类和含量对镍基高温合金的组织和性能都有着十分显著的影响，通过对合金的成分的调整，可获得更高的性能。特别是氧化物Y2O3弥散强化使高温合金的工作温度提高100℃至200℃，因此在该专利技术中的合金成分设计时考虑加入Y2O3。
[0026]Cr：Cr固溶于基体，提高其强度，且生成的Cr2O3膜能提高抗氧化腐蚀能力。然而Cr元素含量高与5.0wt%时，合金易析出δ相，损害合金的力学性能。
[0027]Co：Co固溶于基体，产生固溶强化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种1100℃用镍基高温合金，其特征在于：按质量百分比计，包括，4.0
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5.0%Cr；4.0
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5.0%Co；1.0
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2.0%Nb；1.0
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1.5%Ti；6.0
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6.5%Al；2.0
‑
3.0%W；3.0
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4.0%Mo；8.0
‑
8.5%Ta；0.2
‑
0.4%Hf；0.02
‑
0.08%Y2O3；余量的Ni。2.根据权利要求1所述的镍基高温合金，其特征在于，按质量百分比计，W和Mo的总量不超过6%。3.根据权利要求1所述的1100℃用镍基高温合金，其特征在于，按质量百分比计，Ti/Al=0.18~0.22。4.根据权利要求1所述的1100℃用镍基高温合金，其特征在于，γ
′
相呈规则立方状，与γ基体保持共格关系；γ
′
相体积分数为50
‑
60%，平均尺寸为0.5μm。5.根据权利要求1所述的1100℃用镍基高温合金，其特征在于，所述镍基高温合金的在1100℃下的抗拉强度和屈服强度大于350MPa、1100℃/158MPa服役条件下平均持久寿命超过35h。6.一种权利要求1
‑
5任意一项所述的1100℃用镍基高温合金的增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1）准备合金粉末，...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：北京煜鼎增材制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：