[发明专利]一种活化扩散剂及其应用

说明书

本发明公开了一种活化扩散剂，以质量份计，每百份包含：Cr 10～16份，W 0～3份，Co 20～26份，Ta 8～13份，Mo 4～9份，Ti 5～9份，Nb 2～3.5份，Al 1.3～4份，Re 0～3份，余量为Ni。本发明的活化扩散剂能够应用于镍基高温合金构件的增材修复及瞬时液相连接。采用本发明的一种活化扩散剂的熔化温度低，对修复区组织和性能影响较小；不产生异质弱化相，应用区域可得到高强度的显微组织，解决了镍基高温合金构件增材修复及连接的难题，具有广泛的重要应用价值。

技术领域

本发明涉及一种活化扩散剂及其应用，属于材料工程技术领域。

背景技术

高温合金叶片是燃气轮机的关键部件，价格昂贵，叶片长期工作在高温、高压、腐蚀燃气等恶劣环境中，易产生各类裂纹、氧化与腐蚀减肉等服役损伤。随着高功率、高性能燃机的发展，由服役损伤导致叶片过早失效的问题也愈加严重，叶片远未达到设计使用寿命，若更换新叶片则会大幅提高燃机的维修成本。因此，针对镍基高温合金叶片，研究和发展合适的服役损伤缺陷修复技术，对降低维护成本，提高燃机维修保障能力具有重要意义。

传统的修复方法主要分为熔焊和钎焊。叶片材料通常为高Al、Ti含量的镍基高温合金，这类材料高温强度高，但焊接性差，焊接过程中γ，(Ni3Al相)沉淀析出速度快，微裂纹发生的可能性与γ’(Ni3Al相)数量成正比，因这些用于燃机叶片的镍基合金中γ’(Ni3Al相)体积百分数一般高达50％以上，往往难以使用常规熔化焊接修复方法。此外，一些特殊的熔焊修复为避免开裂现象，一般采用固溶强化合金进行修复，如IN625合金，且修复区局限在低应力区，修复后强度与抗氧化、耐蚀性能显著降低。真空钎焊属于整体加热，减少了裂纹出现的概率，但钎料中含硼、硅等元素，容易产生线性低熔点共晶、大块硼化物、成分偏析的问题，严重影响了结合强度和高温性能。

粉末冶金修复再制造技术弥补了熔覆焊和钎焊的缺点，既能修复大面积、大间隙的缺陷，又能保证修复区的高性能。粉末冶金方法工序复杂，影响因素众多。在修复叶片的过程中，低熔点活化辅助剂合金粉末、高熔点可塑粉末和粘结剂的配比，粉末中合金元素的成分添加，粉末的粒度，烧结的温度都是影响修复质量的重要因素。其中，起决定性作用的就是粉末中合金元素的成分。采用一些商用的镍基低熔点活化辅助剂合金，难以达到令人满意的效果，这是由于这些商用中间层合金成分比较简单，不仅含硼，而且难以与母材镍基高温合金达到成分上的匹配，故不能满足接头的强度要求。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种活化扩散剂及其应用，本发明的活化扩散剂不含硼、硅、锆、铪等传统熔点抑制元素，成分均为高温合金中的强化元素，不产生异质弱化相；熔化温度低于绝大多数合金的固溶热处理温度，可在构件合金本有热固溶热处理制度下进行增材修复或连接，不会造成由于修复温度过高而诱发的合金初熔现象，特别适用于可焊性差的高铝钛含量的镍基高温合金铸造件的连接与修复。

本发明采用的技术方案如下：

一种活化扩散剂，以质量份计，每百份包含：Cr 10～16份，W 0～3份，Co 20～26份，Ta 8～13份，Mo 4～9份，Ti 5～9份，Nb 2～3.5份，Al 1.3～4份，Re 0～3份，余量为Ni。

通过发明人不断的试验，发现在本发明的多种金属特定配比下，得到的合金中的Co、Cr、W、Mo、Ta、Nb、Al、Ti、Re共同实现了熔点抑制的效果，得到的活化扩散剂的熔化温度为1120～1160℃之间，低于绝大多数合金的固溶热处理温度，包括MarM247、CM247LC、IN738LC、IN939、MGA2400、GTD-111、GTD-222等沉淀强化型镍基铸造高温合金，低的熔点可以保证更广的适用范围。

本发明中活化扩散剂的成分除基体元素Ni外，仅含Co、Cr、W、Mo、Ta、Nb、Al、Ti、Re，均为高温合金中的强化元素，不产生异质弱化相；不含硼、硅、锆、铪等传统熔点抑制元素，不会影响修复区域的强度。