[发明专利]一种高温合金球形粉体材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高温合金球形粉体材料的制备方法，包括将高温合金进行预处理，真空下熔炼，加入原材料重量0.5～10.0％的WC颗粒，加入稀土化合物CeOsubgt;2/subgt;，全部呈熔融态液体后，喷惰性气体将熔融态液体破碎雾化成细小液滴，冷却和凝固形成球形粉体。

技术领域

本发明属于新材料和先进制造领域，具体涉及一种高温合金球形粉体材料及制备方法。

背景技术

高温合金主要是以铁、钴、镍为基础再添加入Al、Ti、Cr、W、Mo、Ta、Re、Nb、Co等十余种强化元素制备的能够承受600℃以上的高温以及在一定应力作用下可以长期工作的一类金属材料。由于高温合金具有良好的高温强度、良好的抗氧化和抗腐蚀性能、良好的抗疲劳性能、断裂韧性等综合性能，故又被称为“超合金”。高温合金在国防建设和国民经济发展中有着重要的作用，是先进航空发动机、燃气轮机、航天动力推动系统以及其他高端制造不可或缺的关键材料。

叶片主要采用性能优异且价格昂贵的镍基高温合金材料，但因服役环境非常苛刻—易受磨损、冲击、高温和冷热疲劳等作用，致使叶片产生裂纹、腐蚀和磨损等缺陷。叶片服役期间的损伤将严重影响装备的使用寿命和性能。航空发动机的效率提高，在很大程度上取决于涡轮流道中工作叶片的端部与密封环或垫片之间径向间隙。现有工作统计数据表明，工作叶片的叶尖磨损增加0.2mm，不仅导致其使用寿命减少，而且导致发动机效率降低1％。激光3D打印技术作为一种新兴技术，具有很强的灵活性，在叶片的加工质量、制造成本和生产周期上都具有明显的技术优势。因此，采用激光3D打印技术制造航空发动机叶片和燃气轮机叶片具有重要的应用前景。

西方发达国家依托于先进的激光增材制造与再制造技术，较早地开展了以涡轮叶片为代表的关键零部件激光增材制造与再制造技术研究，目前已经完成了实验室研究向工程应用的转化过程。国内航空发动机叶片和燃气轮机叶片激光增材制造与再制造与国外研究存在较大差距，其原因主要是在役发动机中都采用高Al、Ti含量的镍基高温合金制造高性能涡轮叶片。合金中Al+Ti含量的增加，能够提高γ′相的体积分数和高温力学性能，但也提高了合金的裂纹敏感性，导致航空发动机叶片激光制造与再制造过程极易出现裂纹等缺陷，从而制约了航空发动机叶片的制造和我国航空产业的发展。

基于此，本发明提供了一种高温合金球形粉体材料及制备的创新方法，能有效解决上述瓶颈问题。

发明内容

为了避免现有激光增材制造与再制造技术制造高温合金叶片易产生的裂纹等缺陷，本发明的目的在于提供一种航空发动机叶片和燃气轮机叶片用新型高温合金球形粉体材料及制备方法。该新材料具有较高熔点，能够长时间耐受1350℃以上高温的，同时具有较好的强度和韧性，能有效降低高温合金的裂纹敏感性，采用该材料制造的叶片具有更高的力学性能，能更有效的应用于激光增材制造与再制造技术。

为实现本发明目的，提供如下实施方案：

在一实施方案中，本发明的一种高温合金球形粉体材料的制备方法，包括以下步骤：

1)原材料处理：将高纯度的高温合金去除氧化皮，氧含量100ppm；

2)抽真空：对熔炼室、雾化室进行预抽真空处理，充入高纯氩气作为保护气体；

3)熔炼：将高温合金置于熔炼室，加热1600～1750℃，熔炼成熔融态液体，加入WC粉末颗粒，加入量为合金原材料重量的0.5～10.0％(优选5.5％)，待全部熔融后，开启稳态电场和稳态磁场，使WC颗粒在合金熔体中均匀分散；

4)加CeO₂：_：待上步的WC分散均匀后，加入稀土化合物CeO₂，加入量为高温合金原材料重量的1.2～5.8％；

5)雾化：待CeO₂完全成为熔融态液体后，喷氩气将下落的熔融态液体破碎雾化成细小液滴，冷却和凝固形成球形粉体。