[发明专利]一种电子束层覆诱导凝固技术高纯化制备镍基高温合金的方法

说明书

本发明公开了一种电子束层覆诱导凝固技术高纯化制备镍基高温合金的方法，具有如下步骤：S1、原料准备；S2、熔炼前准备；S3、电子束层覆熔炼。利用本发明制备的镍基高温合金铸锭，降低了铸锭宏观偏析；在电子束诱导凝固技术下，大幅度提高了铸锭的纯净度及冶金质量；可实现大型铸锭的工程化制备，并且将出成率从传统技术的小于70％提高到85％以上。

技术领域

本发明涉及一种电子束层覆诱导凝固技术高纯化制备镍基高温合金的方法。

背景技术

镍基高温合金的纯净度问题，长期以来都是国际高温合金行业所关注的热点问题，纯净度的提高是从根本上提高高温合金性能的有效手段。

目前国内的镍基高温合金制备技术是在真空感应熔炼(VIM)的基础上，结合真空自耗(VAR)技术及电渣重熔(ESR)技术，使用双联熔炼工艺(VIM+VAR或VIM+ESR)或三联熔炼工艺(VIM+ESR+VAR)制备合金铸锭。VIM技术使用的坩埚耐火材料会引进新的杂质导致熔体污染，而且所得铸锭晶粒粗大，不均匀，缩孔大，凝固偏析也比较严重；而作为二次熔炼技术的ESR及VAR技术虽然大大改善了VIM技术遗留的问题，但就铸锭的冶金质量而言也存在许多不足之处。如ESR技术熔炼和凝固速率偏低，熔渣吸收气体，可能与熔体反应生成新的杂质；VAR所得铸锭表面质量较差，且由于缩孔不能完全消除导致合金铸锭内部质量较差，杂质分解再生成，仍会以弥散形式存在于合金中；此外，VAR所得铸锭可能存在黑斑偏析、白点偏析及年轮状偏析等缺陷。

电子束熔炼技术在高真空的条件下利用高能量密度的电子束轰击母材使其完全融化，并使熔池在较高的温度下保持一定的时间，从而实现对金属材料的熔炼、提纯与去杂。真空度相对于传统熔炼技术要高很多，一般在10^-1～10^-3Pa，对于母材中的气体、非金属夹杂以及挥发性杂质的去除更完全更彻底。此外，水冷铜坩埚的使用在避免引入新的杂质的情况下，为合金的凝固提供了更大的温度梯度，使得凝固速率较快，从而获得低偏析的高温合金。

电子束层覆诱导熔炼高温合金技术基于电子束优异的精炼条件，采用层覆式诱导凝固的方式在对合金进行诱导除杂的同时实现连续精炼。利用该技术制备的镍基高温合金铸锭，不仅控制了宏观偏析，而且大幅度提高了材料的纯净度及冶金质量。有望成为未来高温合金以及钛基、铁基等多元合金高纯化熔炼技术领域的一种重要手段。因此，一种电子束层覆诱导凝固技术高纯化制备镍基高温合金的方法亟待研发。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种电子束层覆诱导凝固技术高纯化制备镍基高温合金的方法。本发明采用的技术手段如下：

一种电子束层覆诱导凝固技术高纯化制备镍基高温合金的方法，具有如下步骤：

S1、原料准备

将VIM熔炼所得镍基高温合金铸锭作为电子束熔炼的原料，将原料切割成一定厚度且尺寸契合水冷铜坩埚精炼区的片状原料，或将原料切割成丝状原料或块状原料；

若将原料切割成一定厚度且尺寸契合水冷铜坩埚精炼区的片状原料时，在进行熔炼之前将片状原料的表面进行打磨，去除片状原料表面的切割痕迹、油污、杂质及缺陷；之后以酒精为清洗剂，用超声清洗机将片状原料清洗干净；将第一层原料置于水冷铜坩埚精炼区中，其余片状原料置于加料机构上；

若将原料切割成丝状原料时，在进行熔炼之前去除丝状原料表面油污和其他杂物，之后以酒精为清洗剂，用超声清洗机将丝状原料清洗干净，加料时，将第一层原料置于水冷铜坩埚精炼区中，并覆盖水冷铜坩埚精炼区底面，其余丝状原料置于加料机构上；

若将原料切割成块状原料时，在进行熔炼之前去除块状原料表面的机加工痕迹、油污、杂质及缺陷，之后以酒精为清洗剂，用超声清洗机将块状原料清洗干净，加料时，将第一层原料置于水冷铜坩埚精炼区中，并覆盖水冷铜坩埚精炼区底面，其余块状原料置于加料机构上；

S2、熔炼前准备