[发明专利]一种高性能无硼预制板的制备及应用方法

说明书

本发明公开了一种高性能无硼预制板的制备及应用方法。该方法中涉及一种无硼的Ni‑Co‑Ta‑W‑Cr‑Ti‑Al‑Nb‑Mo‑Zr高温合金无硼活化剂，液相线为1140℃～1170℃。本发明还介绍了无硼活化剂的使用方法，包括直接烧结和预置板制备两种方法，将无硼活化剂以液相的形式与母合金粉末充分混合后直接烧结或制备成预制板，预制板放置或贴合在待修复，在基材固溶温度以下能够再次熔、焊，凝固时基本无收缩变形，修复区组织均匀，无偏析、孔洞等缺陷，结合强度达到基材90％以上，修复效果极佳。

技术领域

本发明属于材料工程技术领域，具体为一种高性能无硼预制板的制备及应用方法。

背景技术

高温合金是燃气轮机制造的关键材料，通常为高Al、Ti含量的镍基高温合金，γ’(Ni₃Al相)体积百分数一般高达60％以上，这类材料高温强度高，焊接性差。传统的高温合金修复方法主要分为熔焊和钎焊。熔焊修复高铝钛合金，难以避免在焊接熔化过程中析出γ^，相，在焊接应力的作用下形成结晶裂纹，微裂纹发生的可能性与γ’(Ni₃Al相)数量成正比，且修复区强度与抗氧化、耐蚀性能也显著降低。真空钎焊属于整体加热，减少了裂纹出现的概率，容易产生线性低熔点共晶、大块硼化物、成分偏析的问题，严重影响了结合强度和高温性能。粉末冶金修复再制造弥补了熔覆焊和钎焊的缺点，大多数粉末冶金活化剂以硼作为熔点抑制元素，具有良好的扩散性能及熔点抑制作用，同时在修复区形成硬脆的硼化物或低熔点共晶，在热处理过程中共晶熔化形成孔洞缺陷，且消除共晶相的长时扩散会破坏基材组织。为此，成份设计兼顾熔点抑制和母材匹配性的无硼活化剂是现阶段最理想的一类活化剂。

高温合金叶片长期工作在高温、高压、腐蚀燃气等恶劣环境中，易产生粗大裂纹与腐蚀坑等缺陷，去除缺陷后，待修区一般呈现狭窄深槽，大面积欠肉等特点。因此，设计具有优良熔点抑制作用的无硼活化剂对良好的流动填充性尤为重要，同时，由于无硼活化剂粉末制备工艺难度大，特别是降熔元素Ti、Al、Ta、Nb含量高且容易氧化，传统采用粉末混合的方式，由于比表面积大，在真空度情况下冶金结合不完全，对无硼活化剂的工艺性提出了挑战。

发明内容

本发明的目的正是针对现有技术存在的问题，提供一种无硼活化剂。该无硼活化剂的主要组成元素与高温合金本体基本一致，无外引元素，仅通过元素调控，避免了采用硼作为熔点抑制或熔点控制元素，避免了硼化物大范围析出。可针对Mar-MARM247或IN738LC等抗氧化、蠕变性能好及强度高的合金进行修复，也可以用于其他镍基高温合金。

本发明的另外一个发明目的是提供利用以上所述的无硼活化剂经液相烧结成型修复高温合金部件的方法。

本发明的第三个发明目的是提供利用以上所述无硼活化剂制备高性能无硼预制板的方法。

为了实现以上发明目的，本发明的技术方案为：

一种无硼活化剂，包括活化剂粉末，该活化剂粉末为包括以下质量百分含量元素的粉末:14.0～18.0的Cr，5.0～7.0的Al，5.0～7.0的Ti，8.0～12.0的Co，1.5～6.0的Nb，9.0～12.0的Mo，3.0～7.0的Ta，0.01～0.1的W，0.05～0.10的Zr，余量为镍和不可避免的杂质，总百分含量之和为100％。

作为本申请中一种较好的实施方式，该无硼活化剂的熔点为1140℃～1170℃。

该无硼活化剂成分不含硼、硅、锆、铪等传统熔点抑制元素，均为高温合金中的强化元素，不产生异质弱化相；合金熔点抑制作用良好；直接烧结和预置板制备两种方法。

一种利用所述的无硼活化剂经液相烧结成型修复高温合金部件的方法，其包括以下步骤：

步骤一无硼活化剂粉末的制备