發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的CoCrW基高溫合金粉末及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于航空發(fā)動機制造領(lǐng)域，具體涉及一種發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的CoCrW基高溫合金粉末及制備方法。本發(fā)明的發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的CoCrW基高溫合金粉末，其化學(xué)成分按照質(zhì)量百分比為：Cr25.5~26%，Ni10~11.5%，W7~8%，C0.45~0.55%，O＜400ppm，余量為Co；粉末的粒度≤325目，流動性為22~24s/50g，松比4.3~4.8g/cm3，其制備方法是首先按照化學(xué)成分進行真空熔煉得到合金液，合金液經(jīng)中間包和導(dǎo)流管進入霧化罐中進行霧化，霧化壓力為0.6~3MPa，得到CoCrW基高溫合金粉末。本發(fā)明通過控制配料和加料順序、合金液溫度和霧化噴射條件獲得形貌完整、粒度均勻、流動性好和松比合理的球形CoCrW基高溫合金粉末。
【專利說明】發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的000仰基高溫合金粉末及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空發(fā)動機制造領(lǐng)域，具體涉及一種發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的0001-1基高溫合金粉末及制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機特別是航空發(fā)動機的渦輪外環(huán)涂層材料要求具有先進的抗高溫、抗氧化、抗熱沖蝕性及具有良好密封性能?！?01合金粉是一種可作為底層的涂層材料，它能與鈦合金等高溫合金有很好的粘性和結(jié)合強度，涂層組織分布均勻，沒有裂紋、分層和涂層與基體界面分離現(xiàn)象，是一種優(yōu)良的噴涂用底層材料。
[0003]但是0)01合金熔點高、粘度大、易氧化，霧化過程困難，所得合金粉末球形度差，流動性和松比較低，不能滿足高質(zhì)量噴涂涂層材料的要求。此外，合金粉末易氧化元素控制不穩(wěn)定，氧含量較高，會影響合金涂層的各項性能，涂層中氧化物夾雜增多，孔隙率變大，而且涂層與基體的結(jié)合強度也可能由于結(jié)合界面上夾雜的存在而降低。因此，為了獲得綜合性能優(yōu)異的￠001合金涂層，制備低氧含量合金粉末已經(jīng)成為必然的趨勢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的0)01基高溫合金粉末及制備方法，目的是通過控制合理的霧化工藝參數(shù)，制備出滿足涂層使用要求的0)01基高溫合金粉末。
[0005]本發(fā)明的發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的0)01基高溫合金粉末，其化學(xué)成分按照質(zhì)量百分比為:01-25.5?26%，附10?11.5%，17?8%，00.45?0.55%，0 ? 400卯111，余量為(? ；粉末的粒度彡325目，流動性為22?248/508，松比4.3?4.徹/挪3。
[0006]本發(fā)明的發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的0)01基高溫合金粉末的制備方法，按照以下步驟進行:
(1)按照化學(xué)成分質(zhì)量百分比025.5?26%，附10?11.5%，17?896,0).5?0.55%，余量為(?配料，采用中頻感應(yīng)爐進行真空熔煉，爐內(nèi)真空度? 10？3，投料時，將鎳板和部分鈷放在爐底，鎢條和金屬鉻放入爐子中部，再將剩余的鈷板放入頂部，在惰性氣體保護下，熔煉得到合金液；
(2)合金液經(jīng)中間包和導(dǎo)流管進入霧化罐中進行霧化，導(dǎo)流管直徑為霧化罐中真空度? 2？3，霧化溫度為150(^17001，霧化噴嘴選用收放型環(huán)縫噴嘴，設(shè)置噴射頂角為
30。飛0。，噴射惰性氣體或氮氣對合金液進行霧化，霧化壓力為0.霧化得到的粉末經(jīng)霧化罐下方的收集器中，經(jīng)旋風(fēng)分離后進入旋風(fēng)收塵器富集，得到0)01基高溫合金粉末。
[0007]所述的收放型環(huán)縫噴嘴的內(nèi)噴嘴縫沿與外噴嘴縫沿在合金液流動方向上的距離為1.5臟。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點和有益效果是:
本發(fā)明的技術(shù)方案是通過控制配料和加料順序、合金液溫度和霧化噴射條件獲得形貌完整、粒度均勻、流動性好和松比合理的球形￠001基高溫合金粉末，具體是:
本發(fā)明中設(shè)計的金屬元素熔點相差比較大，它們在爐內(nèi)難以熔化成均一的合金液，容易產(chǎn)生成分偏析，感應(yīng)爐內(nèi)不同區(qū)域溫度也存在不同，所以在進行爐內(nèi)投料時，需要嚴(yán)格考慮投料順序，本發(fā)明中在投料時，將鎳板和部分鈷放在爐底，鎢條和金屬鉻放入爐子中部，再將剩余的鈷板放入頂部；
蒸汽壓較高的金屬在熔煉時，合金元素容易揮發(fā)損失，因此熔煉需要在惰性氣體保護下進行，以避免在熔煉時金屬液面沸騰，引起噴濺；
合金液的霧化過程是控制氣體對金屬液流的作用過程，使氣流的動能最大限度的轉(zhuǎn)化為新生粉末表面能，其中噴射頂角為30。和60。是堵塞和不堵塞的兩個臨界狀態(tài)，當(dāng)大于60。時，霧化終止，當(dāng)小于30。時，易于發(fā)生射流，粉末較粗，甚至不發(fā)生霧化；
環(huán)縫噴嘴的內(nèi)噴嘴縫沿與外噴嘴縫沿在合金液流動方向上的上的距離稱為突出部位？，當(dāng)？ ? 0時，經(jīng)中間包流下來的合金液在霧化過程中有一部分將向霧化介質(zhì)噴出相反的方向飛揚，而被冷凝在漏包嘴上，造成堵塞，使霧化過程中斷，影響生產(chǎn)效率，？ ? 0時，隨著？的增大，霧化噴射頂角減小，制得粉末較粗，氣流利用率較低，同時容易造成射流，嚴(yán)重影響霧化效果，所以本發(fā)明中突出部位的高度設(shè)置為1.5皿；
在霧化制粉過程中，不同尺寸、不同狀態(tài)的金屬顆粒在飛行過程中受到氣流和重力的作用，運行速度也不行同，它們可能相互碰撞或與霧化罐內(nèi)壁碰撞發(fā)生變形，從而可能形成各種費球狀的粉末顆粒，然而當(dāng)過熱度提高時，由于表面張力的作用，在下降過程中具有次年改成球體的趨勢，從而得到更好球形度的粉末，這樣必然會使合金粉末的流動性提高，進而提高粉末的宋莊密度，這是由于溫度的提高，金屬熔體的粘度和表面張力降低，同時由于溫度高的液滴冷凝過程長，表面張力收縮液滴表面的時間長，故容易得到球形粉末，因此本發(fā)明中的霧化溫度設(shè)定為1500?17001 ；
氣體壓力是保證霧化介質(zhì)具有一定動能的先決條件，隨著氣體壓力的提高，粉末中細(xì)粉的比例增大，但是無限的提高壓力來減小粉末粒也是不可取的，因此本發(fā)明中將霧化壓力設(shè)定為0.6^31？^ ；
熔煉爐內(nèi)的真空度與￠001基高溫合金的含氧量有關(guān)，只有當(dāng)爐內(nèi)真空度低于10？3時，才能將合金中的氧含量控制在較低范圍內(nèi)。
[0009]本發(fā)明方法制備的得到的0)01基高溫合金粉末具有光滑的球形微觀形貌，流動性為22?248/508，松比4.3?4.徹/挪3，含氧量低于400卯0，將其采用超音速噴涂工藝制成涂層時，完全滿足發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的使用要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明實施例1中制備得到的0)01基高溫合金粉末的321圖；
圖2是本發(fā)明實施例2中制備得到的￠001基高溫合金粉末的321圖；
圖3是本發(fā)明實施例2中制備得到的￠001基高溫合金粉末制成涂層后與基體結(jié)合的金相組織圖；
圖4是本發(fā)明實施例3中制備得到的￠001基高溫合金粉末的321圖； 圖5是本發(fā)明實施例3中制備得到的￠001基高溫合金粉末的X射線衍射曲線；
圖6是本發(fā)明實施例3中制備得到的￠001基高溫合金粉末制成涂層后與基體結(jié)合的金相組織圖。

【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明實施例中采用的原料中，附的規(guī)格牌號是附9996，購自北京金都物資經(jīng)銷公司的規(guī)格為99八，購自錦州市金屬材料研究所40的規(guī)格為99，購自金川公司；1的規(guī)格為994，購自株洲硬質(zhì)材料廠。
[0012]本發(fā)明實施例中采用的中頻感應(yīng)爐功率為100欣，中頻頻率為2500取，額定裝料量為504，由1681中頻電源控制柜供電控制。
[0013]實施例1
本發(fā)明的發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的￠001基高溫合金粉末，其化學(xué)成分按照質(zhì)量百分比為:0 25.5%，附10%，I 8%，0 0.50%，0 ? 400卯111，余量為(? ；粉末的粒度彡325目，流動性為228/508，松比4.如/挪3。
[0014]本發(fā)明的發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的0)01基高溫合金粉末的制備方法，按照以下步驟進行:
25.5%，附 10%，I 8%’ 0 0.50%，余量為(? 配料，采用中頻感應(yīng)爐進行真空熔煉，爐內(nèi)真空度? 10？^投料時，將鎳板和部分鈷放在爐底，鎢條和金屬鉻放入爐子中部，再將剩余的鈷板放入頂部，在惰性氣體保護下，熔煉得到合金液；
(2)合金液經(jīng)中間包和導(dǎo)流管進入霧化罐中進行霧化，導(dǎo)流管直徑為8皿，霧化罐中真空度? 2？3，霧化溫度為15001，霧化噴嘴選用收放型環(huán)縫噴嘴，其內(nèi)噴嘴縫沿與外噴嘴縫沿在合金液流動方向上的距離為1.5111111，設(shè)置噴射頂角為60°，噴射惰性氣體或氮氣對合金液進行霧化，霧化壓力為31？^霧化得到的粉末經(jīng)霧化罐下方的收集器中，經(jīng)旋風(fēng)分離后進入旋風(fēng)收塵器富集，得到001基高溫合金粉末，經(jīng)檢測，粉末的粒度? 325目，流動性為228/508，松比4.徹/挪3，其321圖如圖1所示，從圖1中可以看出真空霧化得到的合金粉末為球形，顯著提高了合金粉末的流動性及松裝密度。
[0015]將得到的0)01基高溫合金粉末采用超音速噴涂工藝制備成涂層，經(jīng)檢測涂層硬度平均值為85，與金屬基體的結(jié)合強度為691？3，于7001進行20次熱震試驗，震后表面狀態(tài)完好，涂層無變化，涂層與基體表面結(jié)合良好。
[0016]實施例2
本發(fā)明的發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的￠001基高溫合金粉末，其化學(xué)成分按照質(zhì)量百分比為:01- 26%，附10.5%，胃7.5%，?: 0.45%，0 ? 400卯111，余量為(? ；粉末的粒度彡325目，流動性為238/508，松比4.58/挪3。
[0017]本發(fā)明的發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的0)01基高溫合金粉末的制備方法，按照以下步驟進行:
26%，附 10.5%，？ 7.5%，(: 0.45%，余量為(? 配料，采用中頻感應(yīng)爐進行真空熔煉，爐內(nèi)真空度? 10？3，投料時，將鎳板和部分鈷放在爐底，鎢條和金屬鉻放入爐子中部，再將剩余的鈷板放入頂部，在惰性氣體保護下，熔煉得到合金液；(2)合金液經(jīng)中間包和導(dǎo)流管進入霧化罐中進行霧化，導(dǎo)流管直徑為8皿，霧化罐中真空度? 2？3，霧化溫度為16001，霧化噴嘴選用收放型環(huán)縫噴嘴，其內(nèi)噴嘴縫沿與外噴嘴縫沿在合金液流動方向上的距離為1.5111111，設(shè)置噴射頂角為45°，噴射惰性氣體或氮氣對合金液進行霧化，霧化壓力為1.51？^霧化得到的粉末經(jīng)霧化罐下方的收集器中，經(jīng)旋風(fēng)分離后進入旋風(fēng)收塵器富集，得到001基高溫合金粉末，經(jīng)檢測，粉末粒度? 325目，流動性為238/508，松比4.58/挪3，其321圖如圖2所示，從圖2中可以看出真空霧化得到的合金粉末為球形，顯著提高了合金粉末的流動性及松裝密度。
[0018]將得到的0)01基高溫合金粉末采用超音速噴涂工藝制備成涂層，經(jīng)檢測涂層硬度平均值為87，與金屬基體的結(jié)合強度為721？3，于7001進行20次熱震試驗，震后表面狀態(tài)完好，涂層無變化，涂層與基體表面結(jié)合良好，如圖3所示。
[0019]實施例3
本發(fā)明的發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的￠001基高溫合金粉末，其化學(xué)成分按照質(zhì)量百分比為:01- 25.8%，附11.5%，胃7%，?: 0.55%，0 ? 400卯111，余量為(? ；粉末的粒度彡325目，流動性為248/508，松比4.38/挪3。
[0020]本發(fā)明的發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的0)01基高溫合金粉末的制備方法，按照以下步驟進行:

25.8%，附 11.5%，？ 7%，0 0.55%，余量為(? 配料，采用中頻感應(yīng)爐進行真空熔煉，爐內(nèi)真空度? 10？3，投料時，將鎳板和部分鈷放在爐底，鎢條和金屬鉻放入爐子中部，再將剩余的鈷板放入頂部，在惰性氣體保護下，熔煉得到合金液；
(2)合金液經(jīng)中間包和導(dǎo)流管進入霧化罐中進行霧化，導(dǎo)流管直徑為8皿，霧化罐中真空度? 2？3，霧化溫度為17001，霧化噴嘴選用收放型環(huán)縫噴嘴，其內(nèi)噴嘴縫沿與外噴嘴縫沿在合金液流動方向上的距離為1.5111111，設(shè)置噴射頂角為30°，噴射惰性氣體或氮氣對合金液進行霧化，霧化壓力為0.61？^霧化得到的粉末經(jīng)霧化罐下方的收集器中，經(jīng)旋風(fēng)分離后進入旋風(fēng)收塵器富集，得到001基高溫合金粉末，經(jīng)檢測，粉末粒度? 325目，流動性為248/508，松比4.38/挪3，其321圖如圖4所示，從圖4中可以看出真空霧化得到的合金粉末為球形，顯著提高了合金粉末的流動性及松裝密度，其X射線衍射曲線如圖5所示，從圖5中可以看出合金組元0和附主要以03附2形式存在。
[0021]將得到的(:001基高溫合金粉末采用超音速噴涂工藝制備成涂層，經(jīng)檢測涂層硬度平均值為84，與金屬基體的結(jié)合強度為551？3，于7001進行20次熱震試驗，震后表面狀態(tài)完好，涂層無變化，其金相組織圖如圖6所示，從圖6中可以看出，涂層與基體結(jié)合良好。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的CoCrW基高溫合金粉末，其特征在于化學(xué)成分按照質(zhì)量百分比為:Cr25.5?26%，NilO?ll.5%, W7?8%，C0.45?0.55%, O < 400ppm，余量為 Co ;粉末的粒度彡325目，流動性為22?24s/50g，松比4.3?4.8g/cm3。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的CoCrW基高溫合金粉末的制備方法，其特征在于按照以下步驟進行: (1)按照化學(xué)成分質(zhì)量百分比Cr25.5?26%，Nil(Tll.5%，W7?8%，C0.5?0.55%，余量為Co配料，采用中頻感應(yīng)爐進行真空熔煉，爐內(nèi)真空度< lOPa，投料時，將鎳板和部分鈷放在爐底，鎢條和金屬鉻放入爐子中部，再將剩余的鈷板放入頂部，在惰性氣體保護下，熔煉得到合金液； (2)合金液經(jīng)中間包和導(dǎo)流管進入霧化罐中進行霧化，導(dǎo)流管直徑為8mm，霧化罐中真空度< 2Pa，霧化溫度為150(Tl70(TC，霧化噴嘴選用收放型環(huán)縫噴嘴，設(shè)置噴射頂角為30°飛0°，噴射惰性氣體或氮氣對合金液進行霧化，霧化壓力為0.6^3MPa,霧化得到的粉末經(jīng)霧化罐下方的收集器中，經(jīng)旋風(fēng)分離后進入旋風(fēng)收塵器富集，得到CoCrW基高溫合金粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種發(fā)動機渦輪外環(huán)耐磨涂層的CoCrW基高溫合金粉末的制備方法，其特征在于所述的收放型環(huán)縫噴嘴的內(nèi)噴嘴縫沿與外噴嘴縫沿在合金液流動方向上的距離為1.5mm。
【文檔編號】B22F9/08GK104372205SQ201410590154
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】宋傳榮, 張淑婷, 魏明霞, 宋璽玉, 方波 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責(zé)任公司