[发明专利]一种高纯净度粉末冶金高温合金母合金的制备方法

说明书

一种高纯净度粉末冶金高温合金母合金的制备方法，属于高温合金的制备领域。包括如下步骤：(1)原材料的提纯；(2)原材料表面预处理；(3)真空感应熔炼；(4)真空电渣重熔；(5)真空自耗重熔。采用该方法制备的粉末冶金高温合金母合金中痕量杂质元素含量为：As<0.00005％、Sn<0.00007％、Pb<0.00005％、Sb<0.00003％、Bi<0.00005％、K<0.00001％、Ca<0.00001％、S<0.0003％、P<0.0005％、N<0.0008％、O<0.0006％，非金属夹杂物的含量为<0.32mg/kg。本发明去除了痕量杂质元素As、Sn、Pb、Sb、Bi、K、Ca、S、P，得到很低的氧、氮含量，减少了氧化物、氮化物的数量。

技术领域

本发明属于高温合金的制备领域，涉及粉末冶金高温合金母合金的制备。

背景技术

粉末冶金高温合金是现代高性能航空发动机涡轮盘等关键部件的必选材料，其特点是无宏观偏析、组织均匀、晶粒细小、具有优异的力学性能和热工艺性能，有效地保证了发动机的可靠性和耐久性，而且可以近净成形，制造周期短。粉末涡轮盘的使用是先进航空发动机的重要标志。采用国产高温合金粉末制备的涡轮盘，其使用寿命、可靠性等指标与美国、俄罗斯等国家有较大的差距，痕量杂质元素和非金属夹杂物控制水平较低是其主要原因之一。目前我国原材料中，As、Sn、Pb、Sb、Bi、K、Ca等几种杂质元素的含量较高，其它杂质元素的含量较低。杂质元素对高温合金持久、蠕变等性能会产生严重的影响，必须把它们的含量控制到尽可能低的水平。粉末冶金高温合金首先需要在真空感应熔炼炉中加入镍、铬、钴、钨、钼、铌、铝、钛等多种合金元素原料进行熔融冶炼并浇铸成化学成分符合要求的母合金棒，然后再进行重熔，提高母合金的纯净度。因此，粉末冶金高温合金不仅含有上述合金元素，同时还含有因上述合金元素原料所带入的氧、氮、硫、磷、砷、锡、钾、钙等有害痕量杂质元素。其中的氧、氮元素容易在熔炼过程中形成氧化物和氮化物。由于粉末冶金高温合金涡轮盘使用条件严苛，所以对母合金有严格的要求，尤其对痕量杂质元素的控制有严格的要求。

原材料制备是粉末冶金高温合金母合金生产中的第一道工序，是最为关键的工序之一。粉末冶金高温合金母合金的痕量杂质元素主要来源于原材料，而且许多杂质元素在后续工艺过程中很难被去除。因此，采用纯净化的原材料是控制高温合金中杂质元素含量最为有效的方法。而且，在采用雾化法制备高温合金粉末时，母合金制备是最为关键的工序之一。制备出痕量杂质元素低的粉末冶金高温合金母合金，可以显著改善涡轮盘等零件的组织和性能。

真空感应熔炼技术在精确控制合金成分、去除合金中杂质元素方面优势显著。但是母合金在凝固过程中会产生缩孔、疏松、偏析等缺陷。此外，由于陶瓷坩埚的使用，母合金中不可避免的会引入陶瓷和夹杂缺陷。上述缺陷会对高温合金粉末的制备产生较大影响。母合金中的夹杂物在制粉过程中无法去除，缩孔、疏松等缺陷还会造成空心粉和粉末表面的氧化。

真空电渣重熔技术在去除硫元素、磷元素、外来夹杂物和大尺寸夹杂物方面优势显著，并使内生夹杂物弥散分布。同时，电渣重熔具有顺序凝固的特点，组织致密，有利于维持高温合金粉末制备过程的工艺稳定性。

真空自耗重熔技术在去除合金中杂质元素、控制组织致密度和抑制偏析、去除非金属夹杂物等方面优势显著。采用水冷铜模避免了合金液的污染。而且，真空自耗重熔过程中没有炉渣参与，因此铸锭表面光洁，没有渣皮阻断导热，冷却速度更大，组织致密度更高，非常适合于制备高致密度的粉末冶金高温合金母合金。

因此，本发明提出一种高纯净度粉末冶金高温合金母合金的制备方法。基本思路为，首先对原材料进行纯净化处理，目的是减少痕量杂质元素的含量；再进行纯净化熔炼，包括真空感应熔炼、真空电渣重熔和真空自耗重熔，目的是制备出高纯净度的母合金。

发明内容