一种多主元合金靶材及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于合金靶材制备技术领域，具体涉及一种多主元合金靶材及其制备方法与应用。所述多主元合金靶材的合金成分包括：Co 28wt.%

【技术实现步骤摘要】
一种多主元合金靶材及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于合金靶材制备
，具体涉及一种多主元合金靶材及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]燃气轮机具有能量转换效率高、污染排放低、启动速度快等优点，是现代航空、航海等领域的核心动力装备。但燃气轮机热端部件的工作环境十分苛刻，需要长期暴露于高温、高载荷的环境，并会受到腐蚀介质的影响。某些改进型燃气轮机涡轮叶片的工作温度可达1500℃以上，这远超叶片材料自身的耐热极限。高的工作温度会导致产生巨大的热应力、严重的高温氧化以及热腐蚀问题，从而降低燃气轮机的工作寿命，需要在叶片表面施加高温防护涂层。目前先进的热障涂层系统可以将叶片工作时的温度降低90~150℃左右。热障涂层是由陶瓷隔热层和金属粘结层组成的复合涂层，一般是在MCrAlY金属粘结层上沉积一层质量分数7~8wt.%的Y2O3和部分稳定ZrO2陶瓷隔热层，因此热障涂层具有高温条件下化学性质稳定和隔热的优点，被应用于航空发动机的受热部件。MCrAlY涂层作为热障涂层的粘结层，具有成分选择灵活、可根据不同的使用环境进行成分设计的特点，其在航空发动机叶片上的使用率非常高，在国内外受到广泛关注。
[0003]对于MCrAlY高温防护涂层，涂层化学成分和显微组织结构对高温氧化过程中形成的氧化膜的生长速率、组成、完整性等有决定性作用，严重影响涂层的服役寿命。在MCrAlY涂层中，Al是形成强化相和致密的Al2O3保护膜的必需元素，涂层中需维持足够的Al浓度以保证保护性Al2O3的稳定形成。较高的Al含量可以降低富Al相（β相）的贫化速率，对提高粘结层的长期抗氧化性能是有益的。稀土元素Re是Ni基单晶高温合金中一个非常重要的强化元素，能明显提高合金的使用温度，并能与合金中的S、P等有害元素结合形成高熔点化合物，起到净化晶界的作用。在MCrAlY涂层中Re的添加可以降低Cr元素在β相中的固溶度，促进α相的析出，并提高α相的热力学稳定性，并且由于富Re的α
‑
Cr同α
‑
Al2O3有着相近的热膨胀系数，α相的存在降低了涂层的热膨胀系数（CTE），减小涂层和氧化膜以及基体之间的热膨胀系数不匹配带来的应力，提高了MCrAlY涂层的抗热腐蚀性能。Re也使β
‑
γ
´
+β转变向Al含量降低的方向移动，提高Ni在β中的固溶度，扩大β相区，β相是涂层的抗氧化相，而Re的加入能减缓其消耗速率，提高涂层的抗氧化性。Al含量的提高可以提升MCrAlY涂层的高温抗氧化性能，而Re的加入可以提升MCrAlY涂层的抗热腐蚀性能。但随着Al和Re含量的提高MCrAlY的铸态组织将由FCC相转变为BCC相，硬度和脆性大幅度提高，带来巨大的加工难度。
[0004]MCrAlY合金具有熔点高、脆性大、硬度高的特点，机加工难度大。目前MCrAlY合金靶材的制造方法如下：1、使用粉末冶金法将部分元素预合金化后和其他元素混粉烧结﹐然后机加工成型。例如专利申请号CN201510541909所涉及合金制备方法，但这种方法制备的合金靶材密度低﹑孔隙率大、含氧量高。2、使用真空感应熔炼（VIM）技术与铜制模具浇铸相结合的方式制备合金，如专利CN106987755A所涉及的制备方法，但这种方法制备的合金靶材容易在芯部位置形成缩松，并且受限于MCrAlY合金加工难度大的问题，无法得到复杂形
状铸件。3、使用真空感应熔炼（VIM）技术结合Al2O3‑
SiO2型壳模具浇铸相结合的方式制备合金，如专利CN11562266A所涉及的制备方法，但Al2O3‑
SiO2型壳强度较低在熔液浇铸过程中易出现漏液的现象，并且由于含Re高Al的MCrAlY合金在高温收缩较强，在制备复杂结构铸锭时使用此类型壳难以成型，影响铸锭质量。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种含Re的高Al多主元合金靶材及其制备方法与应用。该多主元合金靶材通过加入适宜量的Re并提高Al含量，增强了粘结层材料的抗高温氧化性能和抗热腐蚀性能。该制备方法的工艺流程短、可实现近终成型、控制简单、成品率高，熔炼回收料和机加工边角料经成分调整后还可重复使用，具有良好的经济效益，制备所得多主元合金靶材纯度高、组织致密、成分均匀、元素含量稳定；将该多主元合金靶材作为电子束物理气相沉积制备热障涂层粘结层的合金靶材使用，制备出的涂层具备良好的高温抗氧化性能和抗热腐蚀性能，并有良好的热膨胀系数匹配。
[0006]具体地，本专利技术提供以下技术方案：一种多主元合金靶材，其合金成分包括：Co 28wt.%
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35wt.%，Cr 15wt.%
‑
20wt.%，Al 11wt.%
‑
20wt.%，Y 0.3wt.%
‑
1wt.%，Re 3wt.%
‑
6wt.%，其余为Ni。
[0007]作为优选，所述多主元合金靶材的合金成分为：Co 28.5wt.%
‑
29.5wt.%；Cr 16.5wt.%
‑
17.5wt.%；Al 12wt.%
‑
20wt.%；Y 0.4wt.%
‑
0.6wt.%；Re 4.5wt.%
‑
5.5wt.%，其余为Ni。
[0008]作为优选，所述多主元合金靶材的合金成分为：Co 28.5wt.%
‑
29.5wt.%；Cr 16.5wt.%
‑
17.5wt.%；Al 15.5wt.%
‑
16.5wt.%；Y 0.4wt.%
‑
0.6wt.%；Re 3wt.%
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5wt.%，其余为Ni。
[0009]作为优选，所述多主元合金靶材的合金成分为：Co 28.5wt.%
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29.5wt.%；Cr 16.5wt.%
‑
17.5wt.%；Al 11.5wt.%
‑
12.5wt.%；Y 0.4wt.%
‑
0.6wt.%；Re 3wt.%
‑
3.5wt.%，其余为Ni。
[0010]多主元合金靶材采用上述优选的成分配比，其合金凝固特性更适配于本专利技术以下提供的制备方法，从而能更有效的避免由于凝固过程中热应力造成的铸锭开裂。
[0011]本专利技术还提供了一种上述多主元合金靶材的制备方法，包括以下步骤：1）原料准备：选择Ni、Co、Cr、Re、Al以及Al
‑
Y中间合金作为原材料（即Y元素采用Al
‑
Y中间合金）；2）母合金的制备：将原材料在真空感应熔炼炉（VIM）中进行熔炼，然后使用模具进行真空浇铸，得到母合金铸锭；熔炼过程中真空度≤5
×
10
‑2Pa；3）精密铸造：将母合金铸锭在真空感应熔炼炉中进行熔炼，然后使用型壳进行真空浇铸，得到多主元合金靶材铸锭；熔炼过程中真本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多主元合金靶材，其特征在于，所述多主元合金靶材的合金成分包括：Co 28wt.%
‑
35wt.%，Cr 15wt.%
‑
20wt.%，Al 11wt.%
‑
20wt.%，Y 0.3wt.%
‑
1wt.%，Re 3wt.%
‑
6wt.%，其余为Ni。2.根据权利要求1所述的多主元合金靶材，其特征在于，所述多主元合金靶材的合金成分为：Co 28.5wt.%
‑
29.5wt.%；Cr 16.5wt.%
‑
17.5wt.%；Al 12wt.%
‑
20wt.%；Y 0.4wt.%
‑
0.6wt.%；Re 4.5wt.%
‑
5.5wt.%，其余为Ni；或，所述多主元合金靶材的合金成分为：Co 28.5wt.%
‑
29.5wt.%；Cr 16.5wt.%
‑
17.5wt.%；Al 15.5wt.%
‑
16.5wt.%；Y 0.4wt.%
‑
0.6wt.%；Re 3wt.%
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5wt.%，其余为Ni；或，所述多主元合金靶材的合金成分为：Co 28.5wt.%
‑
29.5wt.%；Cr 16.5wt.%
‑
17.5wt.%；Al 11.5wt.%
‑
12.5wt.%；Y 0.4wt.%
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0.6wt.%；Re 3wt.%
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3.5wt.%，其余为Ni。3.一种权利要求1或2所述多主元合金靶材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）原料准备：选择Ni、Co、Cr、Re、Al以及Al
‑
Y中间合金作为原材料；2）母合金的制备：将原材料在真空感应熔炼炉中进行熔炼，然后使用模具进行真空浇铸，得到母合金铸锭；熔炼过程中真空度≤5
×
10
‑2Pa；3）精密铸造：将母合金铸锭在真空感应熔炼炉中进行熔炼，然后使用型壳进行真空浇铸，得到多主元合金靶材铸锭；熔炼过程中真空度≤3
×
10
‑1Pa；所述型壳的材质为ZrO2陶瓷材料。4.根据权利要求3所述的多主元合金靶材的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述Ni、Co、Cr、Re、A...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽君，张进，檀成鹏，聂志华，于晓东，李迅，谭成文，
申请(专利权)人：海朴精密材料苏州有限责任公司，
类型：发明
国别省市：