[发明专利]一种单晶涡轮导向叶片的制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于高温合金技术领域，特别提供一种单晶涡轮导向叶片的制备工艺。

背景技术

高推重比航空发动机等技术领域的发展，要求材料具有更高的承温能力。镍基高温合金具有优良的高温性能。因此，先进航空发动机和燃气轮机叶片材料主要采用镍基高温合金。

镍基高温合金也称超合金，成分异常复杂，通常含有十种以上的元素，如Ni、Al、Ti、Ta、W、Mo、Cr、Co、C、B等，在单晶高温合金中还加入了Re、Ru等，如第二代镍基单晶高温合金中含3wt％Re，第三代镍基单晶高温合金中含6wt％的Re。国外从上世纪八十年代开始，已研制出一系列的单晶高温合金，其中第二代单晶合金已经广泛应用；第三代单晶高温合金研制已完成，如CMSX-10、Rene N6、TMS-75等。

单晶高温合金材料的复杂成分使其凝固温度范围更宽，成分偏析更加严重，这也使得单晶涡轮导向叶片生长更加困难，特别在叶片缘板处等容易形成杂晶及表面疏松等缺陷，进而破坏单晶叶片的整体完整性，使单晶涡轮叶片成品率也明显降低，单晶叶片成本大大提高，严重限制了单晶高温合金涡轮叶片的大规模使用。因此，如何更有效率制备单晶高温合金涡轮导向叶片仍然是目前生产中遇到的难题之一。

发明内容

本发明的目的在于开发出一种单晶高温合金导向涡轮叶片的制备工艺，以满足高性能发动机对单晶涡轮导向叶片的需求。

本发明具体提供了一种单晶涡轮导向叶片的制备工艺，其特征在于，采用纵向单晶生长技术制备单晶涡轮导向叶片，制备步骤为：首先制备蜡模，将蜡模与螺旋选晶器组合起来，经涂料制壳、脱蜡、定向凝固、脱壳清理、脱芯、切除多余部分(如引晶薄片及浇注系统)，最后得到完整的单晶涡轮导向叶片；

所述蜡模由涡轮叶片蜡模、引晶薄片蜡模3及单晶选晶器过渡段蜡模2组成，其中涡轮叶片蜡模包括叶身1、上缘板5、下缘板6和补缩段4，补缩段4位于上缘板5和下缘板6的上端面，单晶选晶器过渡段蜡模2与上缘板5、下缘板6的下端面相接，在叶身1、上缘板5、下缘板6和单晶选晶器过渡段蜡模2之间形成的空间中设有引晶薄片蜡模3。

其中引晶薄片蜡模3的作用是为了形成引晶薄片空腔，合金液充满后进行单晶叶片定向凝固生长时起引导晶体生长作用。本发明中，蜡模采用注射成形方式成形，注射温度为63℃-68℃，压力为0.3-0.5MPa，注射时间为10-30秒，保压时间为10-30秒。

本发明中，涂料采用320目粉与硅溶胶溶液，粉液比为(3.0-3.5):1；

撒砂第一层为80目砂，第二层为60目砂，第三层为32目砂，第四-第七层为24目砂，最后封浆层采用面层涂料；粉料采用刚玉粉、锆英粉、石英粉或上店粉中的一种，撒砂材料为刚玉砂、锆英砂、石英砂、上店砂中的一种。

本发明中，蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为150℃-170℃，压力3-7个大气压，时间为10-60分钟。

本发明中，模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为850-980℃，保温时间为3-6小时，炉冷后对模壳进行清洗。

本发明中，铸造合金为单晶高温合金。

本发明中，定向凝固抽拉速度为3mm/min-15mm/min。

本发明中，铸造完毕后的陶瓷型芯采用NaOH或KOH的水溶液脱除，碱浓度为质量百分比25-40％，温度为120℃-280℃，压力为0.3-0.5MPa，脱除时间2-50小时；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和，盐酸溶液浓度为1-10％。

本发明中，其特征在于：所得单晶铸件中的单晶选晶器过渡段与引晶薄片采用线切割方式切除后得到成品单晶铸件。

本发明还提供了所述单晶涡轮导向叶片制备工艺的专用蜡模，其特征在于：所述蜡模由涡轮叶片蜡模、引晶薄片蜡模3及单晶选晶器过渡段蜡模2组成，其中涡轮叶片蜡模包括叶身1、上缘板5、下缘板6和补缩段4，补缩段4位于上缘板5和下缘板6的上端面，单晶选晶器过渡段蜡模2与上缘板5、下缘板6的下端面相接，在叶身1、上缘板5、下缘板6和单晶选晶器过渡段蜡模2之间形成的空间中设有引晶薄片蜡模3；

其中引晶薄片蜡模3的厚度为0.3-1.5毫米，与上缘板5、下缘板6、叶身1及单晶选晶器过渡段蜡模2完全相接；补缩段4的高度为10-30毫米，长、宽分别为5-20毫米。

本发明采用附加引晶薄片连续生长技术保证叶片晶体结构的完整性；采用端部补缩技术保证叶片自由表面补缩而无疏松出现。