一种[111]取向单晶高温合金的高通量制备方法技术

本发明专利技术涉及单晶合金制备技术领域，尤其涉及一种[111]取向单晶高温合金的高通量制备方法。本发明专利技术所述制备方法包括：提供不同取向籽晶与铸造方向之间的夹角关系；由下到上依次设置不同取向的籽晶、锥形放大器蜡模、铸件蜡模和冒口进行组装，得到不同的组合蜡模，根据所述不同取向籽晶与铸造方向之间的夹角关系设置所述铸件蜡模的方向；将所述不同的组合蜡模的外部涂挂耐火涂层后，脱蜡，得到不同的铸件模壳；将所述不同的铸件模壳围绕着中心环绕放置进行组装后，将熔融后的高温合金母液浇铸到所述铸件模壳中，进行定向凝固铸造，得到所述[111]取向单晶高温合金。该制备方法可以保证同时由不同取向籽晶生长[111]取向的单晶高温合金。合金。合金。

【技术实现步骤摘要】
一种[111]取向单晶高温合金的高通量制备方法


[0001]本专利技术涉及单晶合金制备
，尤其涉及一种[111]取向单晶高温合金的高通量制备方法。

技术介绍

[0002]镍基单晶高温合金由于其优异的高温强度和抗高温蠕变性能，目前广泛应用于先进航空发动机和工业燃气轮机的涡轮叶片材料。而更高承温是材料学科的永恒主题之一，是高温结构材料科学前沿。航空发动机涡轮叶片用单晶合金材料以其高承温、高载荷、耐环境和长寿命的全面设计要求，一致挑战着材料科学极限，是研究热点和难点。在研究过程中籽晶法生长单晶涡轮叶片时能够精确控制晶体的三维取向，而随着航空发动机涡轮进口温度的提高和高代次镍基单晶高温合金的制备成本增加，精确控制叶片的晶体取向可提高单晶涡轮叶片的服役寿命，降低航空发动机中单晶叶片的更换频率变得十分重要，因此籽晶法将在工业制备单晶涡轮叶片中占据重要地位。
[0003]近期通过研究单晶高温合金各向异性对性能的影响，发现以[111]取向为主轴取向或主承力方向的单晶材料有望解决1500℃合金性能问题，这类材料的定向凝固工艺存在一定的困难，其原因是热力学决定的铸造枝晶干和枝晶壁生长择优取向为[001]取向，与[111]晶体取向的夹角高达53
°
，难以保证微观枝晶干和宏观铸件主轴同时处在定向凝固温度梯度方向上。高指数取向籽晶法可有效改善[111]取向单晶合金枝晶组织与铸造孔洞，可为高承温高性能单晶合金基其他高温结构材料的设计与制备提供新的可能。
[0004]目前采用高指数籽晶制备[111]取向单晶高温合金，其主要过程为：1)单晶高温合金高指数籽晶制备；2)单晶试棒或铸件组壳方案设计与制壳；3)高指数籽晶法定向凝固铸造制备单晶。单次铸造有限，如果需要对比不同取向籽晶铸造结果，需要进行多次实验，无法使相比较的单晶铸造生长环境一致，并且生产周期拉长，不节约时间成本；需要多次组模，也造成了实验成本变高，不利于生产与实验。
[0005]随着材料基因工程技术的快速发展，现代材料研发逐渐进入“数据驱动
‑
科学研究第四范式”。其中“材料高通量实验”是在短时间内完成大量样品的制备与表征。其核心思想是将传统材料研究中采用的顺序迭代方法改为并行处理，以量变引起材料研究效率的质变。高通量实验方法的发展与应用，可以在短时间内获取丰富的实验数据，既可为材料模拟计算提供海量的基础数据，使材料数据库得到充实；同时又可为材料模拟计算的结果提供实验验证，使计算模型得到优化、修整；更为重要的是，高通量实验可快速的提供地有价值的研究成果，直接加速材料的筛选和优化；更为重要的是，高通量实验可快速地提供有价值的研究成果，直接加速材料的筛选和优化。因此，本专利拟将高通量制备方法用于单晶铸造生产中，通过模壳设计，使得单词可铸造出由不同取向籽晶生长的单晶，便于统一生长环境，提高铸造效率，降低成本，提高实验的高效性、系统性与一致性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种[111]取向单晶高温合金的高通量制备方法，所述制备方法可以保证同时由不同取向籽晶生长[111]取向的单晶高温合金。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种[111]取向单晶高温合金的制备方法，包括以下步骤：
[0009]提供不同取向籽晶与铸造方向之间的夹角关系；
[0010]由下到上依次设置不同取向的籽晶、锥形放大器蜡模、铸件蜡模和冒口进行组装，得到不同的组合蜡模，根据所述不同取向籽晶与铸造方向之间的夹角关系设置所述铸件蜡模的方向；
[0011]将所述不同的组合蜡模的外部涂挂耐火涂层后，脱蜡，得到不同的铸件模壳；
[0012]将所述不同的铸件模壳通过连接件进行组装后，将熔融后的高温合金母液浇铸到所述铸件模壳中，进行定向凝固铸造，得到所述[111]取向单晶高温合金。
[0013]优选的，当所述籽晶取向为[001]时，所述铸造方向与籽晶取向之间的夹角为54.7
°
；
[0014]当所述籽晶取向为[110]时，所述铸造方向与籽晶取向之间的夹角为35.3
°
；
[0015]当所述籽晶取向为[221]时，所述铸造方向与籽晶取向之间的夹角为15.8
°
；
[0016]当所述籽晶取向为[112]时，所述铸造方向与籽晶取向之间的夹角为19.5
°
；
[0017]当所述籽晶取向为[113]时，所述铸造方向与籽晶取向之间的夹角为29.5
°
；
[0018]当所述籽晶取向为[111]时，所述铸造方向与籽晶取向之间的夹角为0
°
。
[0019]优选的，所述耐火涂层的材料包括白刚玉和硅溶胶；
[0020]所述耐火涂层的厚度为5～20mm，层数为5～6层。
[0021]优选的，所述脱蜡的方式为水蒸汽脱蜡；
[0022]所述水蒸汽脱蜡的温度为500℃，时间为8～12min。
[0023]优选的，所述脱蜡完成后，还包括焙烧；
[0024]所述焙烧的温度为1050℃，时间为10h。
[0025]优选的，所述焙烧过程中还包括加入氯化铵。
[0026]优选的，得到所述铸件模壳后，还包括对得到的铸件模壳进行检测；
[0027]所述检测包括内部颗粒检测和壳体裂纹、薄弱环节检测。
[0028]优选的，所述内部颗粒检测的过程包括：利用干洗机对所述铸件模壳内腔吹气，同时用吸尘系统将杂质吸附到滤网上，检测滤网颗粒物面积；
[0029]所述壳体裂纹、薄弱环节检测的过程包括：以亚甲基蓝溶液为类显像剂，灌入腔体内1min，如有渗出，进行修补或者报废。
[0030]优选的，所述定向凝固铸造的温度为1540℃，保温时间为5～30min，抽拉速率为4.5mm/min。
[0031]本专利技术提供了一种[111]取向单晶高温合金的制备方法，包括以下步骤：提供不同取向籽晶与铸造方向之间的夹角关系；由下到上依次设置不同取向的籽晶、锥形放大器蜡模、铸件蜡模和冒口进行组装，得到不同的组合蜡模，根据所述不同取向籽晶与铸造方向之间的夹角关系设置所述铸件蜡模的方向；将所述不同的组合蜡模的外部涂挂耐火涂层后，脱蜡，得到不同的铸件模壳；将所述不同的铸件模壳通过连接件进行组装后，将熔融后的高
温合金母液浇铸到所述铸件模壳中，进行定向凝固铸造，得到所述[111]取向单晶高温合金。本专利技术在一次实验中使用多个不同取向籽晶完成铸造生产单晶，此方法具有生产的高效性、系统性和一致性；所述制备方法使不同取向籽晶生长环境一致，同时得到一批次单晶，便于后续单晶性能测试与比较；所述制备方法属于高通量制备技术在相对较短的时间内同时进行多个实验，用以替代传统的“逐一”或“单步”的研发模式，有效的降低了成本和实验时间。
附图说明
[0032]图1为本专利技术所述组合蜡模的结构示意图，其中，1为籽晶，2为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种[111]取向单晶高温合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供不同取向籽晶与铸造方向之间的夹角关系；由下到上依次设置不同取向的籽晶、锥形放大器蜡模、铸件蜡模和冒口进行组装，得到不同的组合蜡模，根据所述不同取向籽晶与铸造方向之间的夹角关系设置所述铸件蜡模的方向；将所述不同的组合蜡模的外部涂挂耐火涂层后，脱蜡，得到不同的铸件模壳；将所述不同的铸件模壳通过连接件进行组装后，将熔融后的高温合金母液浇铸到所述铸件模壳中，进行定向凝固铸造，得到所述[111]取向单晶高温合金。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当所述籽晶取向为[001]时，所述铸造方向与籽晶取向之间的夹角为54.7
°
；当所述籽晶取向为[110]时，所述铸造方向与籽晶取向之间的夹角为35.3
°
；当所述籽晶取向为[221]时，所述铸造方向与籽晶取向之间的夹角为15.8
°
；当所述籽晶取向为[112]时，所述铸造方向与籽晶取向之间的夹角为19.5
°
；当所述籽晶取向为[113]时，所述铸造方向与籽晶取向之间的夹角为29.5
°
；当所述籽晶取向为[111]时，所述铸...

【专利技术属性】
技术研发人员：茹毅，叶菲，宋杨，杜博暄，裴延玲，李树索，王文文，宫声凯，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：