[發明專利]一種MCrAlY離子鍍陰極材料及其鑄件的制備方法

有效

• 申請號: 201310582570.1
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103556117A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 鄭啟;韋華;張洪宇;王志輝;金濤;孫曉峰;胡壯麒
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C23C14/14
• 分類號: C23C14/14;C22C1/02;B22D21/06
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及MCrAlY離子鍍陰極材料制備領域，具體涉及一種葉片維修和表面防護用MCrAlY離子鍍陰極材料及其鑄件的制備方法，適用于MCrAlY材料和離子鍍陰極鑄件的制備。

背景技術

MCrAlY材料屬于一種特殊的鎳基高溫合金，用其制備的防護涂層致密，結合強度好，耐熱腐蝕和氣蝕，使用溫度高，抗氧化性能優良，是目前最先進的防護應用技術，主要應用于航空發動機葉片、燃氣機葉片等熱端部件的耐熱涂層及其熱障涂層的粘結過渡層，同時應用于冶金軋輥、熱浸鍍浸沒輥、熱處理爐輥等熱工設備表面的耐熱涂層以及高溫爐風口、防熱罩表面熱障涂層的粘結過渡層等。

渦輪葉片和導向葉片等熱端部件是發動機的關鍵部件，其制備和維修涉及葉片表面防護用MCrAlY離子鍍陰極材料。由于國外在相關技術的封鎖，而國內又沒有相應的替代技術，掌握葉片制造的全部技術，包括MCrAlY離子鍍陰極材料和制備技術，實現MCrAlY離子鍍陰極材料和制備技術國產化具有重大的戰略意義和顯著的經濟效益。

MCrAlY宏觀結構為等軸晶組織，微觀組織中主要由β-NiAl、α-Cr、γ′-Ni₃Al或γ固溶體組成。由于該合金以金屬間化合物為主，所以顯示極高的脆性，同時在凝固過程中枝晶發達、合金中活性元素含量高（Cr18～22%、Al11～13.5%、Y0.3～0.6%）。此外，合金應用過程中，對氣體含量有嚴格要求（(O+H+N)≦0.02wt%），但合金中將C作為雜質元素而限制其含量（≦0.05wt%），不利于合金在真空條件下脫除氣體，這都對合金冶煉和鑄造技術提出了更高要求。

MCrAlY合金在冶煉和制備離子鍍陰極過程中存在幾個問題：一是大量Al的加入引起熔體急劇升溫，二是Y的揮發嚴重，使冶煉過程不易控制。同時，Al、Y含量較高，具有較強的化學活性，易與陶瓷型殼材料發生反應，在鑄件表面形成缺陷。而最主要的，則是MCrAlY材料的鑄件往往會產生穿透性斷裂的問題，這是材料本質脆性所導致的鑄件斷裂。可見，脆性材料的鑄造斷裂是制備合格的離子鍍陰極的一個關鍵技術難題，這也是該種材料在國內一直難以廣泛應用的原因。

所以，急需開發我國具有自主知識產權的MCrAlY材料及其離子鍍陰極制備技術，滿足國內航空技術發展及其它領域的特殊需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種MCrAlY離子鍍陰極材料及其鑄件的制備方法，解決現有MCrAlY材料脆性較大，容易導致MCrAlY材料鑄件產生穿透性斷裂的問題。

本發明的技術方案是：

一種MCrAlY離子鍍陰極材料及其鑄件的制備方法，包括如下步驟：

（1）合金熔煉：按照MCrAlY離子鍍陰極材料的化學成分和配比配料，采用真空感應爐熔煉并鑄造成母合金錠；熔煉過程中，精煉溫度1400～1600℃精煉時間1～10min，爐內真空度控制為0.01～5Pa；

（2）澆鑄過程：經步驟（1）處理后的母合金錠進行重熔澆鑄，采用真空感應爐熔化母合金錠，并澆注到鑄型中，澆鑄溫度1400～1550℃，獲得合金鑄件；

（3）凝固及冷卻過程：合金鑄件凝固控制工藝為，初始冷卻速度為5～50℃/秒；在合金固相線溫度以下，鑄件轉入緩慢冷卻，開始冷卻速度控制為0.01～1℃/秒；當合金鑄件冷卻至200～500℃，可增加冷卻速度為2～10℃/秒，直至室溫，獲得MCrAlY離子鍍陰極材料鑄件。

所述的MCrAlY離子鍍陰極材料及其鑄件的制備方法，步驟（1）熔煉過程中，加入微量碳粉進行脫氣處理，碳粉加入量為1～5kg/噸鋼水。

所述的MCrAlY離子鍍陰極材料及其鑄件的制備方法，步驟（2）澆鑄過程中，澆鑄合金鑄件采用SiO₂-Al₂O₃系陶瓷型殼。

所述的MCrAlY離子鍍陰極材料及其鑄件的制備方法，步驟（2）澆鑄前，澆鑄的模殼在500～800℃預熱1～10h。

所述的MCrAlY離子鍍陰極材料及其鑄件的制備方法，步驟（3）凝固及冷卻過程中，初始冷卻速度優選為20～50℃/秒；在合金固相線溫度以下，鑄件轉入緩慢冷卻，開始冷卻速度控制優選為0.01～0.05℃/秒；當合金鑄件冷卻至200～500℃，增加冷卻速度優選為5～10℃/秒，直至室溫。

所述的MCrAlY離子鍍陰極材料及其鑄件的制備方法，按重量百分含量計，MCrAlY離子鍍陰極材料的化學成分為，Cr：10～35%；Al：5～20%；Y：0.1～5%；M：Ni或Co余量。