[发明专利]一种镍基管状阴极靶材的制备及在真空电弧镀涂镀的应用

说明书

技术领域

本发明属于利用真空电弧镀涂镀技术制备新型涂层的领域，具体为一种镍基管状阴极靶材的制备及在真空电弧镀涂镀的应用。

背景技术

目前，国外在定向凝固和单晶涡轮叶片上已广泛使用了MCrAlX(M：Ni、Co或NiCo，X：Y、Hf、Ta、Re等)包覆型涂层，该类涂层的特点是将耐循环氧化和耐高温腐蚀的合金作为涂层，包覆在叶片合金基体上，可以克服一般铝化物涂层的缺点，兼顾了抗氧化、抗腐蚀，并根据使用要求调整涂层成分。据资料介绍，该类涂层1100℃条件下其保护寿命比铝化物涂层高3～4倍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍基管状阴极靶材的制备及在真空电弧镀涂镀的应用，研制的管状阴极靶材作为挥发阴极材料，采用真空电弧镀工艺方法制备出热端部件表面的高温抗氧化、抗腐蚀性能涂层，延长热端部件的使用寿命，从而提高热端部件的长期使用性能。

本发明的技术方案是：

一种镍基管状阴极靶材的制备方法，该方法通过合金熔炼工艺及成分控制、型壳工艺和铸造工艺、机加工工艺，制备出满足技术要求的镍基管状阴极靶材，具体如下：

(1)、合金熔炼工艺及成分控制

在熔炼过程中，按3～6次分批加入Al；镍基管状阴极的化学成为：Cr20～22；Al10～11；Y1.5～2.0；Si0.2～0.4；Fe0.05～0.10；C0.005～0.010；Ni余量；

(2)、型壳工艺和铸造工艺

在型壳工艺中，型壳材料采用Al₂O₃占30～40wt％的高Al₂O₃面层，型壳材料采用Al₂O₃-SiO₂系耐火材料背层，形成复合陶瓷型壳；

在铸造工艺设计上，外部工作表面为少余量铸造的表面，其铸造余量为0.3～0.8mm，内部非工作表面铸造余量为0.3mm以下；采用模数法结合经验法设计铸造浇铸系统，保证凝固过程的顺序性和良好的补缩，铸造浇铸系统采用顶铸式铸口；采用的型壳温度为900～950℃，浇铸温度为熔点以上30～50℃；

(3)、机械加工

采用电火花切割切除冒口，采用硬质合金刀具，进行无应力切割。

所述的镍基管状阴极靶材的制备方法，镍基管状阴极靶材阴极零件的尺寸和结构如下：外径178mm，两端口直径140mm，长度338mm，壁厚10～15mm。

所述镍基管状阴极靶材在真空电弧镀涂镀的应用，采用真空电弧镀涂镀，涂镀工艺参数如下：

(1)离子清理

工作压强＜5～7×10^-2Pa；工件状态：自转和公转；电弧电流500～600A；工件电压300±10V；工作时间4～10min；

(2)涂层涂镀

工作压强＜5～7×10^-2Pa；工件状态：自转和公转；电弧电流600～750A；工件电压30±10V；工作时间80±10min；冷却时间3.0～3.5h。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明将镍基管状阴极靶材作为挥发阴极材料，采用真空电弧镀工艺方法，用于涂敷热端部件表面涂层的制备，提高了零件表面的高温抗氧化、抗腐蚀性能，延长零件的使用寿命。

2、本发明管状阴极靶材制备技术、真空电弧镀涂镀工艺具有较高的技术含量，可以实现材料工程化应用，具有明显的社会效益和显著的经济效益。

3、本发明不仅可以实现镍基管状阴极靶材的国内自主保障，同时还可以推广使用到其它军机、民机及燃机，应用前景广阔。

附图说明

图1为阴极零件的尺寸(单位：mm)。

图2(a)-图2(b)为镍基管状阴极零件的宏观形貌。

图3为弯曲试验照片。

图4为金相组织。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明通过开展合金熔炼工艺及成分控制、型壳工艺和铸造工艺、X射线探伤及机加工试验研究，制备出满足技术要求的镍基管状阴极靶材，掌握阴极靶材的制备工艺。并且，采用真空电弧镀涂镀工艺，制备出满足热端部件表面高温抗氧化、抗腐蚀性能涂层的需要。

1、合金熔炼工艺及成分控制

采用常规镍基合金熔炼技术，镍基管状阴极材料中含有大量的Al，在熔炼过程中，大量Al的加入将导致合金熔液温度剧增。因此，改一次加入Al为多次加入Al(如：按五次分批加入Al)，有效地解决了上述问题。