[发明专利]一种3D打印镍基高温合金渗铝涂层渗铝剂及渗铝的方法

说明书

本发明公开了一种3D打印镍基高温合金渗铝涂层渗铝剂及渗铝的方法，按照质量百分比，由以下组份组成：硅粉4～11％，铬粉2～6％，辅助剂2～4％，余量为铝粉；其中：辅助剂由煤油、氯化铵和铜粉组成。为了提高粉末的流动性，本发明原料铝粉，铬粉，硅粉均采用气雾化制粉工艺制备，获得球形率高的粉末，可以更好的保证粉末的流动性；还采用了煤油作为辅助剂，可以起到润滑作用，进一步增加粉末的流动性。为了提高涂层的稳定性和结合性；本发明中采用了辅助剂煤油，煤油除了润滑作用之外，还有润湿作用，使得粉末与基体更加贴合，利于后续烧结时渗铝剂均匀地渗入基体，从而提高涂层的结合性能。

技术领域

本发明属于金属材料表面处理技术领域，具体涉及一种3D打印镍基高温合金渗铝涂层渗铝剂及渗铝的方法。

背景技术

随着航空航天工业的蓬勃发展，对有飞机的心脏之称的航空发动机提出了更高的性能要求，以达到更高的推重比。目前最主要的措施是提升航空发动机的入口温度，先进航空发动机的入口温度可以达到1900K以上。其中作为涡轮发动机重要组成部分的发动机叶片的温度可达1300K以上。为了保证发动机叶片能在高温下长时间稳定工作，需要在叶片上涂覆涂层以提高其高温抗氧化腐蚀的能力。

在各类涂层中，渗铝涂层因其具有良好的抗氧化性而被广泛使用于航空发动机叶片上。目前用于镍基高温合金发动机的渗铝涂层渗剂主要分为固体粉末和料浆两种。其中，料浆较难均匀地涂覆于基体表面，且制备的涂层稳定性较差，综合性能不如固体渗剂。因此固体渗剂是应用更为广泛，性能更为优异的涂层渗剂。然而传统的固体渗剂具有以下这些缺点：(1)渗剂流动性较差，难以完全涂覆在基体上；(2)渗铝涂层厚度不均；(3)渗铝涂层结合不牢，易脱落。

放电等离子烧结(SPS)是一种利用脉冲电流产生等离子体将粉末快速烧结的工艺，作为一种全新技术，它具有快速、可控、高效等优点，在涂层制备有广泛的应用前景。然而，在实际中，因电流密度不一致，易产生涂层涂覆不均匀，导致涂层结合效果较差等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种渗剂流动好，涂层结合稳定且涂层均匀的3D打印镍基高温合金渗铝涂层渗铝剂及渗铝的方法。

本发明这种3D打印镍基高温合金渗铝涂层渗铝剂，按照质量百分比，由以下组份组成：硅粉4～11％，铬粉2～6％，辅助剂2～4％，余量为铝粉；其中：辅助剂由煤油、氯化铵和铜粉组成。

所述的硅粉、铬粉和铝粉均采用气雾化制粉工艺，粉末球形率93％以上，粉末粒径在10～50μm。

所述的辅助剂中煤油、氯化铵和铜粉的质量比为(0.5～0.7):(0.4～0.8):(0.7～3)。

所述的煤油为航空煤油；所述的铜粉采用旋转电极制粉法，粉末球形率达95％以上，铜粉粉末粒径在50～100μm；铜粉采用旋转电极制粉法，得到的粉末球形度更好。

本发明这种渗铝剂渗铝的方法，包括以下步骤：

1)渗铝剂的制备：将铝粉，铬粉，硅粉，氯化铵粉及铜粉按比例真空封装于密闭罐体，罐体内留有三分之一的剩余空间，在室温环境下，置于球磨机上进行球磨混粉；混粉完毕后，按照比例向罐体内加入煤油，再真空封装，置于球磨机上继续球磨；球磨完毕后，得到渗铝剂；

2)3D打印镍基高温合金材料的表面处理：对3D打印镍基高温合金进行表面处理，得到表面处理的镍基高温合金材料；

3)渗铝：将石墨模具内壁用煤油擦拭，将步骤2)中处理后的3D打印镍基高温合金包埋于渗铝剂内，置于石墨模具中；将整体模具进行机械振动后，放置于放电等离子烧结炉内进行烧结，烧结完毕后，3D打印镍基高温合金表面上即获得了一层高温抗氧化涂层。

所述步骤1)中，球磨混粉时间为8～10h；继续球磨时间为2～3h。