[发明专利]一种高W、Mo含量镍基高温合金粉末及其应用、修复剂及其制备、合金修复方法

说明书

本发明公开了一种高W、Mo含量镍基高温合金粉末及其应用、修复剂及其制备、合金修复方法，合金粉末制备需要元素及对应的质量百分比：C(0.05％‑0.20％)，Cr(15.00％‑20.00％)，Co(8.00％‑12.00％)，W(8.00％‑12.00％)，Mo(10.00％‑15.00％)，Ta(1.00％‑5.00％)，Al(4.00％‑6.00％)，Ti(4.00％‑6.00％)，Nb(0‑0.60％)；修复剂包括合金粉末、含B活化辅助剂和粘结剂，以质量百分比配比，所述合金粉末占比为50％‑70％、含B活化辅助剂占比为25％‑45％，粘结剂的占比为5％。本发明能够稳定低熔点含B活化辅助剂中的B元素，可有效弱化修复接头中高浓度的B对接头性能产生的不利影响，显著提高修复区的持久性能和抗氧化性能，并且能使得修复区的金相组织特征与镍基高温合金铸件基本一致，保证修复区的被修复后的镍基高温合金铸件力学性能和材料性能。

技术领域

本发明涉及合金修复材料领域，尤其是一种高W、Mo含量镍基高温合金粉末及其应用、修复剂及其制备、合金修复方法。

背景技术

工业燃气轮机涡轮转子叶片、导向叶片等热铸锻部件在服役过程中，由于长期的高温、高压燃气作用会导致部件表面出现机械疲劳裂纹、表面磨损、氧化腐蚀和外物击伤等各种形式的几何结构缺损。这些缺陷如不加以处理，将对机组的安全运行产生隐患。由于高温合金含有多种贵金属元素，生产制造成本较高，若直接对损伤工件进行更换，将大大增加机组的维修成本，而通过有效的修复技术对工件损伤区进行修复可有效降低机组的运维成本。然而，高温合金作为一种沉淀硬化镍基高温合金，可焊性较差，不能用普通的焊接方式对损伤区进行修复。

粉末冶金增材修复是一种先进的航空发动机和地面燃机热端部件修复技术，特别适用于高铝、钛含量的铸造高温合金热端部件的修复再制造。目前主流的修复材料是一种低熔点活化辅助剂搭配一种高熔点可塑粉末。其中，用量占比较少的低熔点活化辅助剂的成分设计一直以来都是被研究的重点，被广泛报道并使用的低熔点活化辅助剂大多以N i、Co为基础元素，以过量添加的B作为降熔元素，并添加适量的Ta、A l、T i、W、Cr等作为强化元素。例如，商用牌号AMDRYDF-3(N i-20Cr-20Co-3Ta-3B-0.02La)、NB171(       N i-10Cr-3.5Si-3.5Fe-2.5B-12W       )        、        NB200(Ni-7Cr-6W-4.5Si-3.2Fe-3.2B-0.06C)、AMS4783(Co-8Si-19Cr-17Ni-4W-0.8B)、AMDRYDF-4B(Ni-14Cr-10Co-3.5Al-2.5Ta-2.7B-0.05Y)等，以及一些关于超合金部件的结构钎焊用合金的公开专利，如CN1056645A、CN1800425A、CN101306494A、CN101780610A、CN101780604A、CN101780612A、CN103894599B、CN109909641A等。而用量占比较多的高熔点可塑粉末一般由与母材同牌号的高温合金制成。

在粉末冶金修复过程中，高温下低熔点含B活化辅助剂首先液化，液相中B与活化辅助剂中的Cr、Mo、W元素结合生成大块硼化物，剩余的B与高熔点可塑粉末中的Cr、Mo、W元素结合，液相中的B含量降低，熔点升高，修复区发生等温凝固，形成具有高强特性的修复接头。若修复区的Cr、Mo、W元素含量不足以结合所有游离态的B，一部分液相则无法等温凝固，在冷却的时候就会形成低熔点共晶存在于修复区。通过这种技术修复的接头虽然可以承受较高的使用温度，但依然面临着诸多问题：第一，大块硼化物和低熔点共晶相都是硬脆相，大量存在于修复区会导致接头的抗拉性能严重下降。第二，在镍基高温合金中，Mo、W是γ相重要固溶强化元素，而Cr是提高修复接头抗氧化性能和抗热腐蚀性能的最主要元素之一，Cr、Mo、W大量与B结合生成硼化物，会造成这些元素失去原有的强化效果，导致修复区接头的持久性能和抗氧化性能严重下降。第三，修复区γ相中Cr、Mo、W浓度严重下降，高温服役时柯肯达尔效应会促使母材中的Cr、Mo、W等强化元素向修复区扩散，导致更深层的母材组织改变，造成母材性能恶化。