專利名稱：一種利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及再結(jié)晶的控制技術(shù)，特別提供一種利用涂層法涂層控制定向凝固柱狀 晶和單晶鎳基高溫合金再結(jié)晶的技術(shù)。
背景技術(shù)：
燃氣輪機、航空發(fā)動機葉片都是在較高溫度下使用，且葉片主要受離心力作用，而 在高溫下，晶界的強度不如晶內(nèi)強度，橫向晶界就成了葉片的薄弱環(huán)節(jié)。為此，人們發(fā)展了 定向柱晶甚至單晶葉片來消除橫向晶界或全部晶界。與傳統(tǒng)多晶葉片相比，這些葉片具有 更好的縱向機械性能和更高的承溫能力。但是，葉片在定向凝固過程中，由于金屬與陶瓷鑄型、型芯熱膨脹系數(shù)的差異，鑄 件會產(chǎn)生變形。隨后的整形、噴砂、釬焊甚至服役過程中也有可能產(chǎn)生變形。這樣，葉片經(jīng) 高溫處理(固溶處理或服役過程中的高溫)就會產(chǎn)生再結(jié)晶。再結(jié)晶產(chǎn)生橫向晶界，于是 又形成了葉片的薄弱環(huán)節(jié)，嚴重影響葉片的性能。目前，對于定向凝固葉片產(chǎn)生的再結(jié)晶，采取的措施主要是控制葉片的變形(如 盡量減少機械加工，優(yōu)化設(shè)計鑄型、型芯等)來預防葉片產(chǎn)生再結(jié)晶，或者建立葉片再結(jié)晶 標準，嚴格檢測，超過某一程度再結(jié)晶的葉片即行報廢。由于葉片在生產(chǎn)過程中不可避免的經(jīng)過某些工序(如噴砂等)，這些工序所產(chǎn)生 的變形就無法避免。因此而帶來的再結(jié)晶會大幅度降低鑄件合格率，增加成本，嚴重影響生 產(chǎn)效率。對于再結(jié)晶的控制，國外有一些相關(guān)的報道。歐洲專利(專利號EP1038982A1)采 用氣體(主要是CO與氬氣的混合氣體)滲碳的方法將碳擴散到合金基體中形成碳化物，利 用碳化物粒子阻礙晶界遷移的作用來控制再結(jié)晶和使再結(jié)晶局部化。該方法設(shè)備較復雜， 操作較繁瑣，以控制生長的方法控制再結(jié)晶，而且主要應用于單晶合金。美國專利(專利 號5551999)采用較低溫度反復回復的方法來控制再結(jié)晶，該方法不能抑制再結(jié)晶表面形 核和氧化。還有采用涂層里面加入晶界強化元素的方法來強化再結(jié)晶晶界，避免裂紋產(chǎn)生 (專利號EP 1036850A1)，該方法主要針對單晶鎳基高溫合金。這種方法主要考慮的是再 結(jié)晶產(chǎn)生以后，如何設(shè)法消除再結(jié)晶的不利影響，即強化再結(jié)晶晶界，而不是設(shè)法抑制再結(jié) 晶的產(chǎn)生。更有甚者，采用化學腐蝕的方法直接將再結(jié)晶層腐蝕去除(專利號5413648)。 該方法雖然能夠去除再結(jié)晶層，但是對于薄壁單晶或者定向柱晶鎳基高溫合金部件顯然不 適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，具體是一種 利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，該方法能使鎳基高溫合金變形后產(chǎn) 生的再結(jié)晶顯著減少。本發(fā)明具體提供了一種利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，
3其特征在于在己產(chǎn)生變形的定向凝固鎳基高溫合金表面涂覆涂層，涂層樣品經(jīng)過去應力 退火以后，進行定向凝固鎳基高溫合金的標準固溶處理；其中，涂層為灶/NiCoCrAlYSiB、
NiCoCrAlYSiBo本發(fā)明提供的一種利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，其特征 在于所述涂層優(yōu)選為C/NiCoCrAlYSiB、Zr/NiCoCrAlYSiB。這些涂層中含有的C元素可能 形成碳化物粒子阻礙晶界遷移從而抑制再結(jié)晶，而^ 原子進入涂層內(nèi)部可能阻礙元素擴 散而達到抑制再結(jié)晶的目的。本發(fā)明提供的一種利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，其特征 在于涂層工藝為電弧離子鍍、磁控濺射、等離子噴涂。本發(fā)明提供的一種利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，其特征 在于涂層經(jīng)去應力退火處理，其去應力退火的工藝參數(shù)為600 1100°C /1 12h。本發(fā)明提供的一種利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，其特征 在于涂層去應力退火的工藝參數(shù)為900°C /10h，該溫度下退火可以避免合金基體內(nèi)發(fā)生 相變從而使基體組織退化。本發(fā)明通過涂層包覆及涂層所含成分控制再結(jié)晶。與涂層中加入晶界強化元素強 化再結(jié)晶晶界不同的是，本發(fā)明涂層所含成分能通過阻礙元素擴散的作用來抑制再結(jié)晶的 發(fā)展；另外，涂層中加入晶界強化元素的前提是承認再結(jié)晶的存在，然后設(shè)法消除再結(jié)晶的 不利影響，而本發(fā)明涂覆涂層的目的是控制再結(jié)晶的發(fā)展。


圖1為水噴砂變形定向凝固鎳基高溫合金后，沒有涂層而直接固溶處理所產(chǎn)生的 再結(jié)晶組織。圖2為水噴砂變形定向凝固鎳基高溫合金后，涂層&/NiCoCrAlYSiB后，再經(jīng)過固 溶處理所產(chǎn)生的再結(jié)晶組織。
具體實施例方式實施例1DZ125L定向凝固合金1#涂層控制再結(jié)晶。定向凝固設(shè)備制備出DZ125L定向凝固鎳基鎳基高溫合金板，用線切割從板上切 取2X12X12mm的方塊。將12X 12 (定向柱晶生長方向)的面磨光，用噴砂裝置進行噴砂 處理。噴砂參數(shù)如下噴砂壓力為0. 3MPa，噴砂時間為lmin，砂粒為SW2玻璃球。接下來，用電弧離子鍍設(shè)備涂覆涂層。涂覆過程中，真空度為10_2Pa，首先在樣品 上沉積一層Zr，再沉積一層NiCoCrAlYSiB。沉積rLx層時間為lOOmin，NiCoCrAlYSiB層時 間為池。沉積完后，涂層樣品經(jīng)過800°C/IOh去應力退火。然后再將這些樣品進行標準固 溶處理，空冷后將樣品切開觀察產(chǎn)生的再結(jié)晶組織。經(jīng)過上述處理后的樣品平均再結(jié)晶深 度為16微米，如圖2所示；而直接固溶處理的樣品再結(jié)晶深度為30微米，如圖1所示。實施例2DZ125L定向凝固合金2#涂層控制再結(jié)晶。定向凝固設(shè)備制備出DZ125L定向凝固鎳基鎳基高溫合金板，用線切割從板上切 取2X12X12mm的方塊。將12X 12 (定向柱晶生長方向)的面磨光，用噴砂裝置進行噴砂處理。噴砂參數(shù)如下噴砂壓力為0. 3MPa，噴砂時間為lmin，砂粒為SW2玻璃球。接下來，用電弧離子鍍設(shè)備涂覆涂層。涂覆過程中，真空度為10_2Pa，首先在樣品上 沉積一層石墨，沉積時間為lh，然后再沉積一層NiCoCrAlYSiB，沉積時間為他。沉積完后， 對涂層樣品進行800°C /IOh去應力退火處理。然后再將這些樣品進行標準固溶處理，空冷 后將樣品切開觀察產(chǎn)生的再結(jié)晶組織。經(jīng)過上述處理后的樣品平均再結(jié)晶深度為15微米， 而直接固溶處理的樣品再結(jié)晶深度為30微米。實施例3DZ125L定向凝固合金3#涂層控制再結(jié)晶。定向凝固設(shè)備制備出DZ125L定向凝固鎳基鎳基高溫合金板，用線切割從板上切 取2X12X12mm的方塊。將12X 12 (定向柱晶生長方向)的面磨光，用噴砂裝置進行噴砂 處理。噴砂參數(shù)如下噴砂壓力為0. 3MPa，噴砂時間為lmin，砂粒為SW2玻璃球。接下來，用電弧離子鍍設(shè)備涂覆涂層。涂覆過程中，真空度為10_2Pa，首先在樣品 上沉積一層CrC，沉積時間為lh，然后再沉積一層Cr2O3，沉積時間為30min，最后沉積一層 NiCoCrAlYSiB,沉積時間為8h。沉積完后，對涂層樣品進行800°C /IOh去應力退火處理。然 后再將這些樣品進行標準固溶處理，空冷后將樣品切開觀察產(chǎn)生的再結(jié)晶組織。經(jīng)過上述 處理后的樣品平均再結(jié)晶深度為19微米，而直接固溶處理的樣品再結(jié)晶深度為30微米。實施例4DZ125L定向凝固合金3#涂層控制再結(jié)晶。定向凝固設(shè)備制備出DZ125L定向凝固鎳基鎳基高溫合金板，用線切割從板上切 取2X12X12mm的方塊。將12X 12 (定向柱晶生長方向)的面磨光，用噴砂裝置進行噴砂 處理。噴砂參數(shù)如下噴砂壓力為0. 3MPa，噴砂時間為lmin，砂粒為SW2玻璃球。接下來，用電弧離子鍍設(shè)備涂覆涂層。涂覆過程中，真空度為10_2Pa，首先在樣品 上沉積一層Cr2O3，沉積時間為30min，然后沉積一層NiCoCrAlYSiB,沉積時間為他。沉積完 后，對涂層樣品進行800°C /IOh去應力退火處理。然后再將這些樣品進行標準固溶處理，空 冷后將樣品切開觀察產(chǎn)生的再結(jié)晶組織。經(jīng)過上述處理后的樣品平均再結(jié)晶深度為27微 米，而直接固溶處理的樣品再結(jié)晶深度為30微米。說明Cr203/NiCoCrAlYSiB涂層對DZ125L 合金再結(jié)晶的控制效果較差。
權(quán)利要求
1.一種利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，其特征在于在 已產(chǎn)生變形的定向凝固鎳基高溫合金表面涂覆涂層，涂層樣品經(jīng)過去應力退火以后， 進行定向凝固鎳基高溫合金的標準固溶處理；其中，涂層為灶/NiCoCrAlYSiB、CrC/ Cr203/NiCoCrAlYSiB、Cr203/NiCoCrAlYSiB、NiCoCrAlYSiB, C/NiCoCrAlYSiB 或 Zr/Zr02/ NiCoCrAlYSiBo
2.按照權(quán)利要求1所述控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，其特征在于所述 涂層為 C/NiCoCrAlYSiB、Zr/NiCoCrAlYSiB。
3.按照權(quán)利要求1所述控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，其特征在于涂層 工藝為電弧離子鍍、磁控濺射、等離子噴涂。
4.按照權(quán)利要求1所述控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，其特征在于涂層 去應力退火的工藝參數(shù)為600 1100°C /1 12h。
5.按照權(quán)利要求4所述涂層去應力退火的工藝參數(shù)，其特征在于涂層去應力退火的 工藝參數(shù)為900°C /IOh0
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用涂層法控制定向凝固鎳基高溫合金再結(jié)晶的方法，其特征在于在已產(chǎn)生變形的定向凝固鎳基高溫合金表面涂覆涂層，涂層樣品經(jīng)過去應力退火以后，進行定向凝固鎳基高溫合金的標準固溶處理；其中，涂層為Zr/NiCoCrAlYSiB、CrC/Cr2O3/NiCoCrAlYSiB、Cr2O3/NiCoCrAlYSiB、NiCoCrAlYSiB、C/NiCoCrAlYSiB或Zr/ZrO2/NiCoCrAlYSiB。該方法能使鎳基高溫合金變形后產(chǎn)生的再結(jié)晶顯著減少。
文檔編號C21D1/68GK102071383SQ20091022014
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者孫超, 張健, 樓瑯洪, 謝光 申請人:中國科學院金屬研究所