[发明专利]一种Ni基单晶高温合金采用籽晶制备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ni基单晶高温合金材料的制备方法，更特别地说，是指一种采用籽晶法制备Ni基单晶高温合金的方法。

背景技术

航空航天技术的高度发展，要求发动机具有更高的推重比及工作效率，这便要求发动机具有更高的工作温度。目前，单晶高温合金由于具有熔点高、高温强度和抗蠕变性能优良等优点，是制造先进航空发动机涡轮叶片和导向叶片的关键材料。单晶高温合金在定向凝固过程中，生长方向表现出明显的择优取向，该择优取向往往与轴向存在一定偏角，使单晶铸件的性能显著下降，对于航空发动机的广泛应用带来不利影响，所以晶体取向的控制尤为重要。

籽晶法是指在选取的优良的单晶体上切取一定晶体取向的籽晶，采用在籽晶表面外延生长出单晶体，所制得单晶体的晶体取向与籽晶的晶体取向一致。

发明内容

本发明的目的是提出一种Ni基单晶高温合金采用籽晶制备的方法，该方法通过籽晶对晶体取向和凝固组织进行精确控制，并且制得的Ni基单晶高温合金具有与Ni基单晶高温合金籽晶一致的晶体取向，相同的凝固组织；从而获得性能优良的Ni基单晶高温合金材料。

本发明是一种Ni基单晶高温合金采用籽晶制备的方法，包括下列制备步骤：

第一步，制备Ni基单晶高温合金的籽晶；

在Ni基单晶高温合金体上定向切割出具有一定晶体取向的试块，并对试块的晶面进行抛光处理和表面腐蚀处理，获得Ni基单晶高温合金籽晶；

抛光处理条件：采用150#、360#、500#、1000#、2000#水磨砂纸磨光试块的晶面，然后在抛光机上进行抛光处理；

表面腐蚀处理条件：将抛光后的试块采用腐蚀剂表面处理2～10min后取出，即得Ni基单晶高温合金籽晶；

所述Ni基单晶高温合金体是Ni-(0～18)Cr-(0～11)Co-(0～11)W-(0～6)Mo-(3～8)Al-(0～10)Ta-(0～3)Re-(0～5)Ti材料；

所述腐蚀剂是硝酸HNO₃、氢氟酸HF和甘油C₃H₈O₃组成，且每10ml硝酸中加入10～50ml氢氟酸和40～100ml甘油；

或者所述腐蚀剂由盐酸HCl和过氧化氢H₂O₂组成，且每10ml盐酸中加入5～30ml过氧化氢；

第二步，制备零件蜡模；

将蜡料在40～120℃的温度条件下熔化后注入零件模具中，并在0.5～10MPa压力下压制成型，制得零件蜡模2；

第三步，将上述第一步中制得的Ni基单晶高温合金籽晶1的晶面向上沿伸至上述第二步中制得的零件蜡模2中，且Ni基单晶高温合金籽晶1伸入零件蜡模2有0.5～10mm；

然后在Ni基单晶高温合金籽晶1和零件蜡模2的外部涂挂3～20mm厚的陶瓷耐火浆料，在120～500℃温度下脱蜡，在800～1700℃温度下培烧5～15h后制得带有籽晶的陶瓷模壳；

第四步，将上述第三步中制得的陶瓷模壳放入单晶炉中，调节单晶炉内温度至1400～1950℃，Ni-(0～18)Cr-(0～11)Co-(0～11)W-(0～6)Mo-(3～8)Al-(0～10)Ta-(0～3)Re-(0～5)Ti金属液通过浇注口3流入陶瓷模壳中，保温等待2～30min后；以0.1～15mm/min的速度向下移动拉晶，拉晶结束后，随炉冷却至室温后取出，即制得与Ni基单晶高温合金籽晶晶体取向一致和优良凝固组织的Ni基单晶高温合金材料；所述金属液的温度为1400～1800℃。

附图说明

图1是Ni基单晶高温合金体上<001>取向的示意图。

图2是Ni基单晶高温合金体上<011>取向的示意图。

图3是Ni基单晶高温合金体上<111>取向的示意图。

图4是蜡模模型组装示意图。

图5A是Ni基单晶高温合金籽晶的金相照片。

图5B是经本发明方法制得的Ni基单晶高温合金的金相照片。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种Ni基单晶高温合金采用籽晶制备的方法，包括下列制备步骤：

第一步，制备Ni基单晶高温合金的籽晶；

参见图1所示，在Ni基单晶高温合金体上定向切割出具有<001>取向的试块，并对试块的(001)面进行抛光处理和表面腐蚀处理，获得Ni基单晶高温合金籽晶；