[发明专利]用于Ni3Al基单晶合金涡轮导向叶片修理的钎料及其制备方法

说明书

本发明的用于Ni3Al基单晶合金涡轮导向叶片修理的钎料，按重量百分含量计，镍基合金粉末的化学成分为：铬8～10％，钴9～11％，铝4～5％，钨9～11％，钼0.5～2.5％，钛0.5～1％，铌8～10％，硅2～3％，硼0.1～0.4％，镍为余量。该钎料的制备方法包括：按照所述钎料化学成分加入原材料，采用真空感应炉熔炼并浇注合金锭；采用真空气体雾化方法将合金锭加工成镍基合金粉末状的钎料。该钎料选择镍作为粉末基体，通过提高硼和硅元素含量降低钎料熔点，同时较高的硅元素含量使得液态金属流动性增强，显著改善了钎料润湿性，强化钎料针对不同间隙裂纹的填缝能力；通过添加铬、钨、钴等合金强化元素，形成固溶强化相，钎料的焊后力学性能和高温抗氧化性能获得提升。

技术领域

本发明属于钎焊材料技术领域，涉及用于Ni3Al基单晶合金涡轮导向叶片修理的钎料及其制备方法。

背景技术

航空发动机高压涡轮导向叶片材料采用Ni3Al基单晶合金，叶片单件采用精密铸造，各单件间采用钎焊方法连接。高压涡轮叶片工作时直接承受高温燃气的直接冲击，长时间承受反复热冲击导致叶片基体表面出现裂纹损伤，严重影响使用。在可修复的高压涡轮导向叶片中，裂纹损伤的发生率高达90.7％，严重影响了发动机的使用寿命和更换周期。

航空构件的表面裂纹可采用氩弧焊、电子束焊及钎焊等方法修复，但高压涡轮导向叶片结构复杂，熔焊方法存在不可达区域。且Ni3Al基单晶合金中Al、W、Ta等元素含量较高，熔焊方法也易导致次生裂纹及基体材料再结晶。针对高压涡轮导向叶片裂纹数量多、分布随机、尺寸形貌复杂的特点，采用真空钎焊方法修理裂纹具有极大的优势，既避免了修理过程中基体材料组织性能变化，又能有效提高修复效率。

高压涡轮导向叶片裂纹相较于一般钎焊接头，其表面状态不平整，且间隙尺寸不均匀，对使用的填充钎料的性能要求极高。若钎料成分设计不合理，不仅其与基体材料结合强度较低，还会形成气孔、溶蚀等焊接缺陷。此外，修理用钎料的钎焊温度若高于叶片制造用钎料，将导致钎焊修理过程中原始焊缝发生重熔，产生二次缺陷。目前用于Ni3Al基单晶合金焊接的钎料，不适用于高压涡轮导向叶片钎焊修理工艺。因此，亟需一种新型钎料，以解决叶片钎焊修理过程中存在的上述问题。

发明内容

为满足叶片裂纹的钎焊修理需求，解决目前使用的修理钎料存在的焊接温度高、结合强度低等问题，发明提供一种用于Ni3Al基单晶合金涡轮导向叶片修理的钎料及其制备方法。

本发明提供一种用于Ni3Al基单晶合金涡轮导向叶片修理的钎料，该钎料为镍基合金粉末，按重量百分含量计，镍基合金粉末的化学成分为：铬8～10％，钴9～11％，铝4～5％，钨9～11％，钼0.5～2.5％，钛0.5～1％，铌8～10％，硅2～3％，硼0.1～0.4％，镍为余量。

在本发明的用于Ni3Al基单晶合金涡轮导向叶片修理的钎料中，所述镍基合金粉末的粒度小于0.15mm。

在本发明的用于Ni3Al基单晶合金涡轮导向叶片修理的钎料中，该钎材适用于不大于0.3mm的多种焊接间隙，在1130～1200℃进行钎焊连接，保温时间为20～30min。

本发明还提供一种用于Ni3Al基单晶合金涡轮导向叶片修理的钎料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：按照所述钎料化学成分加入原材料，采用真空感应炉熔炼并浇注合金锭；

步骤2：采用真空气体雾化方法将合金锭加工成镍基合金粉末状的钎料。

在本发明的用于Ni3Al基单晶合金涡轮导向叶片修理的钎料的制备方法中，所述步骤1中将纯度大于99.99％的纯铬、纯钴、纯铝、纯钨、纯钼、纯钛、纯镍、纯铌、纯硅和镍-硼合金按比例混合熔炼成合金锭，其中镍-硼合金中硼为18.5wt.％。

在本发明的用于Ni3Al基单晶合金涡轮导向叶片修理的钎料的制备方法中，所述镍基合金粉末的粒度小于0.15mm。