[发明专利]一种Nb-Si基超高温合金定向凝固叶片模拟件的制备方法

权利要求书

1.一种Nb-Si基超高温合金定向凝固叶片模拟件的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、制备适于定向凝固叶片模拟件的型壳：

a.制备蜡模：绘制涡轮叶片蜡模的三维图形模型，然后以快速成型法制备蜡模，蜡模由底托安装部、下缘板、叶身、上缘板、冒口和握持部组成；

b.配制料浆：搅拌钇溶胶，将填料加入搅拌中的钇溶胶，再加入消泡剂正辛醇搅拌后得到料浆；型壳面层及临面层料浆中填料与钇溶胶的粉液质量比为3～5:1；型壳中间层料浆中填料与钇溶胶的粉液质量比为1～3:1；背层及临背层料浆中填料与钇溶胶的粉液质量比为1～3:1；封浆料浆中填料与钇溶胶的粉液比为1～3:1；

c.制备型壳：将蜡模浸入料浆后撒砂，然后在室温及相对湿度50～70％条件下干燥，共重复挂浆、撒砂、干燥工艺6～12次，最后再浸入料浆进行封浆并干燥；型壳面层及临面层撒砂为电熔氧化钇100～120目，干燥10～30h；型壳中间层撒砂为电熔氧化钇50～80目，干燥10～30h；背层及临背层撒砂为电熔氧化钇16～36目，干燥10～30h；封浆干燥20～40h；

d.型壳脱蜡：将封浆干燥好的型壳于顶部和底部分别开口，置于电阻炉中于500℃脱蜡30～60min；

e.型壳烧结：将脱蜡后的型壳置入空气气氛烧结炉中分别于800～1200℃和1200～1600℃烧结1h，然后在真空炉中分别于1600～1800℃和1800～2100℃烧结1h，随炉冷却，型壳制备完毕；

步骤2、制备Nb-Si基超高温合金定向凝固叶片模拟件：

a.喂料：根据Nb-Si基超高温合金的密度，铸件体积算出铸件的总质量；将2～3倍于铸件计算总质量的Nb-Si基超高温合金以块状或条状装入制备好的型壳冒口中；

b.装炉：将装好料的型壳通过钼托安装在结晶器内抽拉杆上并固定装炉，调整抽拉杆位置使型壳最底部与结晶器上的钼制屏蔽层持平；型壳与钼托连接处涂抹粉液质量比6～10:1的氧化钇料浆并烘干；型壳应与抽拉杆和钼托竖直一线，不能倾斜，并与结晶器上的钼制屏蔽层垂直，待型壳装炉后，上升结晶器，封闭定向凝固炉炉膛；

c.定向凝固：将定向凝固炉室的真空抽至2×10^-4～2×10^-2Pa时开始加热；当温度达到500～800℃时保温30～60min，随后控制预抽拉完成型壳与钼托结合部位氧化钇料浆的预烧；当温度达到800～1200℃时停止抽真空，并充入高纯氩气；继续升温至1850～2200℃，保温10～30min后以5～200μm/s的抽拉速率将型壳向下抽拉入结晶器中；其中，于1850～2000℃的熔体温度条件下成型后的叶片模拟件合金组织由Nbss枝晶和Nbss/γ-(Nb,X)₅Si₃共晶胞组成，且其中熔体温度越高，Nbss枝晶越细；在2000～2200℃的熔体温度条件下，叶片模拟件合金组织由Nbss/γ-(Nb,X)₅Si₃共晶胞组成；随着抽拉速率5μm/s升高至200μm/s，叶片模拟件合金组织中的Nbss/γ-(Nb,X)₅Si₃共晶胞横截面尺寸由450μm降低至20μm；

步骤3、Nb-Si基超高温合金定向凝固叶片模拟件的后处理：去除型壳后，将Nb-Si基超高温合金定向凝固叶片模拟铸件的冒口和底托部位切除。

2.根据权利要求1所述Nb-Si基超高温合金定向凝固叶片模拟件的制备方法，其特征在于：步骤3完成后采用喷砂或直磨机打磨的方法提高Nb-Si基超高温合金定向凝固叶片模拟件的表面质量。

3.根据权利要求1或2所述Nb-Si基超高温合金定向凝固叶片模拟件的制备方法，其特征在于：所述步骤3采用电火花线切割或金刚石切割切除冒口和底托部位。

4.根据权利要求1或2所述Nb-Si基超高温合金定向凝固叶片模拟件的制备方法，其特征在于：所述配制料浆填料为纯的电熔氧化钇粉，或电熔氧化钇、电熔氧化锆与掺杂氧化物的混合粉末；所述混合粉末中电熔氧化锆与掺杂氧化物的添加范围均为5～10mol％。