[發明專利]一種適用于粉末冶金的鎳基高溫合金粉末及其制備方法

在審

• 申請號: 202110489567.X
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113186431A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 計紅軍;陳闖;朱立華;李明雨
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;B22F1/00;B22F9/08;C22B9/04;C22C1/03
• 代理公司: 深圳市添源知識產權代理事務所(普通合伙) 44451
• 代理人: 羅志偉

本發明提供了一種適用于粉末冶金的鎳基高溫合金粉末及其制備方法，該鎳基高溫合金粉末的組分及其質量百分比為：Cr：8.5%~16%、Co：14%~20%、Mo：3%~6%、Ta：0~2.5%、Ti：1%~4%、Al：2.5%~5%、W：0~6%、Nb：0~3%、Hf：0.1%~0.5%、B：0.003%~0.03%、C：0.01%~0.05%、余量為Ni和雜質。本發明的技術方案的鎳基高溫合金粉末，具有高強度、高硬度兼具高韌性的綜合性能。本發明制備方法制備得到的合金粉末化學成分均勻、無脆性有害相生成、含氧量低、含氮量低、含硫量低、球形度高、空心粉率低、夾雜物低、粒徑較細，生產成本較低。

技術領域

本發明屬于粉末冶金和鎳基高溫合金技術領域，尤其涉及一種適用于粉末冶金的鎳基高溫合金粉末及其制備方法。

背景技術

鎳基高溫合金是高合金化的奧氏體合金，在650～1000℃范圍內具有較高的強度和良好的抗氧化、抗氧氣腐蝕能力的高溫合金，是高溫合金中應用最廣、高溫強度最高的合金之一，具有性能均勻、晶粒細小、剛度強、抗疲勞強度較高的特點，廣泛用于制造先進航空發動機和燃氣輪機葉片等零部件。如今大部分民用和軍用航空發動機的渦輪盤、壓氣機盤以及燃氣輪機葉片都利用粉末冶金的方法制成。

渦輪盤的性能主要取決于組織，而渦輪盤的組織在很大程度受粉末成分尤其是O和N含量的影響，因此粉末的組織和缺陷對渦輪盤影響很大。目前我國航空發動機渦輪盤與國外存在一定差距，而差距正源自于生產工藝。高溫合金粉末的制備正是生產工藝的第一環。故制備出滿足要求的高質量高溫合金粉末至關重要。

目前，我國航空發動機推重比的不斷提高，這就對合金高溫性能有了更高的要求，進而對合金成分設計提出了新的挑戰，因此當前亟需制備出用于粉末冶金且具有化學成分均勻、低氧含量、低氮含量、低夾雜物、高球形度、細粒徑、低空心球率、粒徑分布均勻等特點的新一代高溫合金粉末。然而，氣霧化制粉過程極其復雜。

發明內容

針對以上技術問題，本發明公開了一種適用于粉末冶金的鎳基高溫合金粉末及其制備方法，解決了現有技術中存在的制備的鎳基高溫合金粉末氧含量、氮含量的問題。

對此，本發明采用的技術方案為：

一種適用于粉末冶金的鎳基高溫合金粉末，其組分及其質量百分比為：Cr：8.5%~16%、Co：14%~20%、Mo：3%~6%、Ta：0~2.5%、Ti：1%~4%、Al：2.5%~5%、W：0~6%、Nb：0~3%、Hf：0.1%~0.5%、B：0.003%~0.03%、C：0.01%~0.05%、余量為Ni和不可避免的雜質。

作為本發明的進一步改進，所述適用于粉末冶金的鎳基高溫合金粉末的組分及其質量百分比為：Cr：10%~14％、Co：16%~18％、Mo：4%~5%、Ta：0.5%~1.5%、Ti：3%~4%、Al：3.5%~4.5%、W：2%~4%、Nb：1%~2%、Hf：0.2%~0.4%、B：0.006%~0.02%、C：0.02%~0.04%、余量為Ni和不可避免的雜質。

作為本發明的進一步改進，所述適用于粉末冶金的鎳基高溫合金粉末為球形，含氧量不超過0.0075%，含氮量不超過0.0005%。

上述鎳基高溫合金粉末中的各合金元素的作用分析如下：

Cr能提高合金的抗腐蝕性能，且能產生一定的固溶強化作用，Cr含量越大，固溶效果越好，而Cr的含量小可以使得基體能溶解高含量的W、Mo等以獲得優異的蠕變性能。通過大量的實驗調整后，本發明選取Cr：8.5%~16％，更優選為10%~14％。

Co是重要的固溶強化元素，能與Ni完全互溶，有利于固溶處理時消除合金元素的枝晶偏析，從而改善合金組織穩定性，但對合金的斷裂強度和抗氧化性有不利的影響。Co含量過高時抑制γ’相的長大從而減小其尺寸，進而降低合金的高溫強度。通過大量的實驗調整后，本發明選取Co：14%~20%，更優選為16%~18％。