[发明专利]一种过冷镍基高温合金净化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种净化剂及其配制方法，专用于DZ125镍基高温合金的过冷与净化研究，属于金属材料及冶金类技术领域。

背景技术

深过冷快速凝固作为一种先进的材料制备和加工工艺，能使组织偏析程度减小、成份均匀化，并能使晶粒显著细化。寻找有效的净化剂，以便最大限度地去除熔体内的异质核心或抑制异质核心的非均质形核，从而获得大过冷度是深过冷研究的关键。

近年来，大体积液态金属深过冷快速凝固研究十分活跃，已经取得很大进展，但是目前还存在以下问题：(1)深过冷研究主要集中在Ni、Cu、Fe等非活泼金属和合金，针对工程性很强的多元高温合金研究很少；(2)采用的主要是玻璃净化剂，由B₂O₃、Na₂B₄O₇·10H₂O和Na₂SiO₃等按一定比例加热脱水而成，该净化剂主要用于非活泼金属过冷；(3)镍基高温合金作为航空发动机上广泛使用的材料，其成分比较复杂，大多数都含有大量活泼元素Al、Ti和C、B、Hf等晶界强化元素，随着Al、Ti含量增加，合金高温强度增加。由于活泼元素的存在，采用熔融玻璃净化镍基高温合金时，即使在高真空和玻璃覆盖下元素高温氧化也不能完全避免，其反应产物往往过早触发合金液形核，因此很难获得大的过冷度，严重制约了高温合金深过冷净化研究工作。

目前，也有采用复合熔盐净化合金的研究，它类似于熔融玻璃净化法，不同之处在于采用无机盐而非一般玻璃，它常用于较低熔点金属(如铝合金)的净化，用于镍基高温合金净化研究的还很少。采用目前已有的复合熔盐净化剂，如文献“过冷DD3单晶高温合金的净化影响因素及途径”(刘峰，蔡瑜等，铸造，2000，49(6))中所述，对DZ125高温合金进行试验也难以获得大过冷度，从而无法开展DZ125高温合金宽过冷度范围内的组织演化研究。因此寻找有效净化剂，实现镍基高温合金的深过冷具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术难以获得大过冷度的不足，本发明提供一种DZ125镍基高温合金合金净化剂，可集覆盖保护、防止氧化与挥发和除杂功能于一体，并且组分容易获得，净化剂加入方便、操作工艺简单，价格低廉。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：各组分质量百分比范围是：40-50％氟化钙(CaF₂)，16-30％氟化铝(AlF₃)，10-15％冰晶石(Na₃AlF₆)，5-8％氯化钠(NaCl)，5-8％氯化钾(KCl)，4-6％氧化钙(CaO)，稀土化合物为LaCl₃或CeCl₃，加入量为1-2％。

本发明还提供所述净化剂的制备方法，包括以下步骤：

按上述比例，将称量好的氯化钾、氯化钠、冰晶石、氟化钙、氟化铝和氧化钙置于坩埚中搅拌均匀，升温到1050-1100℃并保温3-4小时，保证其烧结均匀。然后将烧结的块状熔盐破碎后，装入球磨机辗磨成粉状，用20-40号筛过筛。之后加入稀土化合物并用球磨机混合均匀，配好的净化剂装入干燥器中备用。

深过冷凝固实验在GP30W-G7高频感应加热装置中完成。将高温合金表面去除氧化皮后放入高纯石英坩埚中，上下表面加入适量按以上方法配好的复合熔盐净化剂，抽真空至10^-3Pa后充Ar气保护。采用经标准Pt-Rh热电偶标定的红外测温仪监测温度，响应时间为1ms，测量精度5℃。先用小功率感应加热熔炼，以使熔融净化剂包覆合金表面。熔体在1300℃保温2min以充分排气，再过热至1500℃保温3min，然后关闭电源使合金液自然冷却至室温，多次循环直至获得较高的过冷度，通过对冷却曲线的实时观测获得合金的过冷度。采用上述方法顺利实现了DZ125高温合金的深过冷，最大可获得180K的大过冷度。

本发明的有益效果是：发明主要由氟化物、氯化物、稀土化合物和金属氧化物构成，各组分作用如下：