[发明专利]镍基单晶高温合金涡轮叶片的制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于航空精密铸造领域，具体涉及一种镍基单晶高温合金涡轮叶片的制备工艺。

背景技术

航空航天产业是国家综合国力的集中体现和重要标志，是国家先进制造业的重要组成部分，是国家科技创新体系一支重要力量，是国家战略产业。航空发动机是航空航天产业最为重要的部件，被称为工业中的皇冠，发动机中的叶片则是发动机中的心脏，其制造成本约占整机的25%至30%，而叶片制造的关键技术在于单晶凝固生产过程，叶片材料以及选晶器的好坏则决定了单晶叶片的材料取向性能，一直以来是国内叶片制造技术的瓶颈之一。

镍基高温合金因具有良好的机械性能，被广泛应用于航空、航天、航海以及能源化工领域，镍基单晶高温合金更是以其优异的高温力学性能成为先进航空发动机设计的首选材料。但是在生产中，单晶高温合金涡轮叶片因取向偏离、杂晶、缩松等凝固缺陷的存在导致其废品率较高，因为这些凝固缺陷成为单晶高温合金研究的主要问题，而选晶过程则是造成晶体取向偏离以及杂晶等缺陷形成的主要原因之一。

因此，为了解决以上问题研制出一种能够有效避免凝固缺陷的产生，并提高叶片各项性能的制作工艺是本领域技术人员所急需解决的难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种镍基单晶高温合金涡轮叶片的制备工艺。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种镍基单晶高温合金涡轮叶片的制备工艺，制备工艺包括以下步骤：镍基单晶高温合金的成分选取、选晶器的参数设计、选晶器的制备、镍基单晶高温合金的制备以及制备涡轮叶片。

进一步地，制备工艺具体包括：

（1）选取镍基单晶高温合金，其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：Cr：1.75～2%、Co＜3%、Mo：2.9～4.25%、Re：3～7%、Ru＜2.2%、W：6.3～8.1%、Al：2.9～6.75%、Ti＜2%、Ta：4.7～8.2%、Nb＜0.15%、Hf：0.03～0.12%、B＜0.03%、Zr＜0.015%、V＜0.8%、稀土元素＜0.05%、其他为Ni；

（2）分别选取3～5组选晶参数不同的选晶器，模拟选晶过程，优化选晶参数，并获得最优选晶参数；

（3）按照步骤（2）得到的最优选晶参数制备选晶器；

（4）通过步骤（3）获得的选晶器利用选晶法制备镍基单晶高温合金；

（5）将步骤（4）得到的镍基单晶高温合金通过定向凝固法制备涡轮叶片。

进一步地，镍基高温合金的组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：Cr：1.9%、Co：2.1%、Mo：4%、Re：6.5%、Ru：1.5%、W：7.2%、Al：3.2%、Ti：0.2%、Ta：8%、Hf：0.05%、B：0.01%、Zr：0.005%、V：0.35%、稀土元素：0.02%、其他为Ni。

进一步地，稀土元素为Y、Ce以及Lu中的任意一种或者任意几种的组合。

进一步地，步骤（2）的选晶器为螺旋选晶器；选晶参数包括螺旋起升角、螺旋直径、螺旋螺距。

进一步地，步骤（5）中的定向凝固法为液态金属冷却法。

进一步地，步骤（3）的具体方法为：以无碱玻璃纤维为原料，按照步骤（2）得到的最优选晶参数，通过3D打印制备选晶器。