[發明專利]一種控制電子傳輸路徑促進電子束精煉高溫合金脫硫的方法

有效

• 申請號: 202011583220.3
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112746179B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 譚毅;李毅;游小剛;李鵬廷
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C22B9/22
• 分類號: C22B9/22;C22C1/06;C22C19/05
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 徐華燊;李洪福

本發明提供一種控制電子傳輸路徑促進電子束精煉高溫合金脫硫的方法，包括如下步驟：S1、高溫合金原材料的預處理；S2、電子束精煉提純高溫合金，得到高純的FGH4096高溫合金鑄錠。本發明創新性地提出了控制電子傳輸路徑促進電子束精煉深脫硫的工藝方法，通過控制電子槍發射電子在金屬熔體內部的傳輸路徑，加強含硫夾雜物及脫硫產物在電子束誘導遷移作用下的富集去除，同時運用氧化鈣內襯套促進脫S反應，提供了一種促進電子束精煉鎳基高溫合金深度除S的方法。

技術領域

本發明涉及一種控制電子傳輸路徑促進電子束精煉高溫合金脫硫的方法。

背景技術

高溫合金材料在航空航天等領域廣泛應用，是制造航空航天等領域熱端部件的重要材料，如現代航空發動機、工業燃氣輪機等關鍵熱端部件(如渦輪葉片、渦輪盤、燃燒室等)。由于長期處于高溫、高轉速、高應力等極端工作環境，對材料的高溫強度、蠕變和疲勞性能有極高的要求，其研究和應用水平是衡量一個國家材料科學綜合實力的重要標志。而高溫合金中的S雜質元素容易形成低熔點共晶物降低材料塑性，同時也容易發生偏析，增加結晶裂紋的敏感性。因此控制和減少硫元素的含量是解決高溫合金母材的超純凈化問題的關鍵。

對于高溫合金脫硫，通常情況下比較可行的方法是采用真空感應熔煉法熔煉合金。目前，國內較為成熟的真空感應熔煉技術可以將合金中的硫含量降到10ppmw左右，單獨使用真空感應熔煉技術脫硫效果往往并不顯著，還需要配合添加脫硫劑脫硫，即選用一些與硫具有較大親和力，而且能夠生成高熔點且低密度易于上浮的硫化物的金屬元素作為脫硫劑。然而，依賴真空感應熔煉技術進行脫硫的終產物CaS和鈣鋁酸鹽等夾雜只能依靠上浮去除，對去除小尺寸夾雜物的效果十分有限，這將對高溫合金的高純化生產造成不利影響。近年來有研究表明，采用CaO坩堝脫硫效果十分明顯，但是由于氧化鈣坩堝使用壽命短、成本高、生產難度大，而且經過幾次使用后脫硫效果大減，工業化生產目前還難以接受。另外，采用CaO坩堝冶煉高溫合金，脫硫反應在坩堝壁和金屬熔體界面處進行，生成的3CaO·Al₂O₃渣雖然有利于深度脫氧脫硫，但是坩堝耐火材料侵蝕問題較為嚴重，脫硫產物去除困難，不利于高純凈鎳基高溫合金的制備。

利用電子束精煉真空度高、束斑區域溫度高的特點，可以有效強化O、N、S等雜質元素的蒸發去除。但電子束精煉鎳基高溫合金過程中雜質的去除不僅與高溫、高真空下雜質元素的傳質與蒸發有關，也與電子與雜質的交互作用密不可分。在電子束誘導產生的電場和磁場作用下，熔體中的雜質及夾雜物會根據其本身導電性、磁導率等物理性質的不同向不同的方向遷移，進而改變其在熔煉坩堝中的分布特征。當電子束作用在熔體表面時，電子向坩堝底部及坩堝壁隨機傳導，對含S夾雜物及脫硫產物的定向遷移影響并不顯著。

發明內容

根據上述提出的采用CaO坩堝脫硫效果十分明顯，但是由于氧化鈣坩堝使用壽命短、成本高、生產難度大，而且經過幾次使用后脫硫效果大減，工業化生產目前還難以接受。另外，采用CaO坩堝冶煉高溫合金，脫硫反應在坩堝壁和金屬熔體界面處進行，生成的3CaO·Al₂O₃渣雖然有利于深度脫氧脫硫，但是坩堝耐火材料侵蝕問題較為嚴重，脫硫產物去除困難，不利于高純凈鎳基高溫合金的制備的技術問題，而提供一種控制電子傳輸路徑促進電子束精煉高溫合金脫硫的方法。本發明主要圍繞著電子束精煉技術所誘發的電場或磁場對鎳基高溫合金中含S夾雜物及脫硫產物的作用機制，創新性的提出了控制電子傳輸路徑促進電子束精煉深脫硫的工藝方法；通過控制電子槍發射電子在金屬熔體內部的傳輸路徑，加強含硫夾雜物及脫硫產物的在電子束誘導遷移作用下的富集去除，提供了一種促進電子束精煉鎳基高溫合金深度除硫的方法。

本發明采用的技術手段如下：

一種控制電子傳輸路徑促進電子束精煉高溫合金脫硫的方法，包括如下步驟：

S1、高溫合金原材料的預處理：

S11、所述原材料為真空感應熔煉制備的FGH4096合金；