[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

说明书

本发明涉及一种Nb‑Si基超高温合金定向凝固叶片模拟件的制备方法，在型壳的型壳面层及临面层、型壳中间层以及背层及临背层料浆中填料与钇溶胶的粉液质量比、撒砂为和干燥时间均有不同；其中，制备型壳面层所用料浆的填料与钇溶胶的粉液质量比及撒砂目数较高，这是为了保证用其所制备的型壳最终成型的Nb‑Si基超高温合金定向凝固叶片模拟件具有较高的表面质量。制备型壳中间层和背层所撒电熔氧化钇砂的目数逐级降低是为了保证整个型壳在烧结时不开裂，并最终具有较高的强度及抗热震性。本发明通过调节工艺参数，可获得不同定向组织的Nb‑Si基超高温合金叶片，进而满足不同工况下对叶片的性能要求。

技术领域

本发明属于超高温合金材料成型工艺技术的领域，涉及一种Nb-Si基超高温合金定向凝固叶片模拟件的制备方法。

背景技术

传统铌合金特别是固溶体合金，普遍具有良好的韧性、延伸性和冷加工性能，可在室温下通过冲压、轧制、拉拔、旋压和弯曲等变形，加工成各种复杂形状的产品。相比而言，因为铌合金性能对杂质含量十分敏感，仅微量的氧、氢或碳就可使之变得又硬又脆，从而造成在铸造工艺中结渣，浇口和冒口中的残余合金不能重新熔化回收，使熔模铸造成型方法的经济性较差，因此在传统铌合金成型中很少使用熔模铸造技术。

Nb-Si基超高温合金作为铌合金家族中的最新衍生合金，有潜力应用于下一代高推重比航空发动机涡轮叶片。然而，金属间化合物Nb₅Si₃的生成使其塑性远没有其它铌合金高，低温加工性能也相应大打折扣。即使在高温条件下进行热锻，该合金依然有出现裂纹的倾向。熔模铸造是最有希望应用于该合金的成型工艺。但是，由于该合金的熔点高，并且其中活性元素Hf和Ti等的含量也较高，因而对型壳材料的选择及其成型要求也极为严格。此外，航空发动机中的涡轮叶片普遍采用定向凝固的方法进行制备以提升其综合力学性能，而该工艺对型壳的耐火度及抗热震性有明确要求。因此，尽管该类合金的研究历史已近三十年，但鲜有文献对其涡轮叶片成形件，尤其是定向凝固成形件的制备工艺进行报道。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种Nb-Si基超高温合金定向凝固叶片模拟件的制备方法，应用于高熔点合金的涡轮叶片成型领域。

技术方案

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；