[发明专利]一种制备高纯度航空发动机叶片粘结涂层用靶材的方法

说明书

一种制备高纯度航空发动机叶片粘结涂层用靶材的方法，其特征在于：该方法依次包括下列步骤：对原料进行预处理；对坩埚及锭模进行预处理：将真空感应熔炼的石墨锭模以及经造型砂箱造型后的石墨锭模，放入电阻炉中升温至1170~1175K时，保温2～4h；将坩埚及已充分预热的锭模安装在真空感应熔炼炉内；配料及装料；抽真空；融化，直至金属块全部熔清；加铝块；扒渣；通氩气；加钇块；精炼；浇注成型，最后取料得到所述靶材。本发明的生产工艺从原材料选择，去除氧化皮，成分的控制优化，坩埚及锭模清洗，保护气氛熔炼等各工序控制严格，各个工序都能避免杂质元素的引入，进而得到了高纯度MCrAlY靶材。

技术领域

本发明涉及航空材料制备领域，具体涉及一种制备高纯度航空发动机叶片粘结涂层用靶材的方法。

背景技术

随着航空发动机推重比的不断提高，涡轮进口温度也不断提高。推重比为10的航空发动机涡轮进口温度已经达到1600~1700℃，而推重比12~15的航空发动机设计进口温度将达到1700~1800℃。同样，先进燃气轮机的发展也使得燃气初温不断提升，涡轮叶片所承受的温度高达1100℃，已经超出了镍基高温合金的极限使用温度（1075℃）。在叶片表面制备热障涂层，可以大幅降低叶片温度，降低约90～150℃左右，提高其工作效率，从而大幅提高“两机”寿命和可靠性。MCrAlY合金中含有一定浓度的Al和Cr从而在氧化过程中在基体表面形成Al₂O₃和Cr₂O₃的连续保护膜，保护性氧的化膜在是热障涂层抗氧化的关键所在。其中，Y在MCrAlY中主要起提高Al₂O₃和Cr₂O₃的连续保护膜与基体合金之间的粘附力。作为热障涂层的粘结层材料，MCrAlY母合金的成分、纯度、杂质含量、致密度、相组成、微观结构等都对涂层的使用寿命具有很大影响。纯度是MCrAlY合金的第一要求，MCrAlY合金的冶金质量直接影响着热障涂层的使用性能，纯度越高，性能越好。O、N、S是镍基高温合金中有害杂质元素，它们通常偏析到氧化物-合金界面，削弱氧化物与镍基之间的界面粘结性。此外，O、N、S可以与镍基合金中的合金元素发生相互作用，以氧化物、硫化物、氮化物形式形成非金属夹杂物，它们都是应力集中的起源地，劣化MCrAlY合金的综合性能。因此，靶材的纯度对于热障涂层的使用寿命非常重要。

真空感应熔炼（VIM）是利用电磁感应加热的原理在真空条件下熔炼金属的一种金属制备工艺。它在电磁感应过程中产生涡电流，从而进一步使金属熔化，该方法用于提炼高纯度的金属及其合金。一方面，Y元素由于其较低的形成自由能，是一种强的氧化物硫化物形成元素，在合金精炼期钇元素具有很强的脱氧和脱硫能力，另一方面，真空感应炉具有强烈的电磁搅拌，可以保持很高的过热度（150~200°C），有助于熔炼过程中消除合金成分偏析并获得冶金质量较高的材料。其脱氧和脱硫产物在电磁搅拌的作用下被带到熔体表面，形成浮渣从而净化合金熔体。但是，影响真空感应熔炼工艺过程的影响因素众多，如精炼温度、真空度以及精炼时间等。其中精炼温度是合金熔炼过程中非常重要的参数，高的精炼温度能够加速元素扩散，促进氧化物，硫化物，氮化物分解，选择合适的精炼温度十分重要。然而现有的制备工艺所制备靶材的纯度低，不利于靶材性能的提升。因此，针对上述问题，本发明开发了一种制备高纯度航空发动机叶片粘结涂层用靶材的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备高纯度航空发动机叶片粘结涂层用靶材的方法，通过该方法制备得到的MCrAlY靶材为高纯度的靶材，合金中氧元素的质量百分含量小于5ppm，硫元素的质量百分含量小于3ppm，氮元素的质量百分含量小于5ppm，较优工艺可以实现O+S+N含量总和不超过10ppm。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种制备高纯度航空发动机叶片粘结涂层用靶材的方法，依次包括下列步骤：

步骤（1），对原料进行预处理；