本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是涉及一種制備cocraly合金靶材的方法。

背景技術(shù)：

熱障涂層(thermalbarriercoating,tbcs)是指沉積在材料表面的一層陶瓷涂層，對(duì)于基體材料起到隔熱和降溫作用，提高其高溫抗氧化、抗腐蝕、耐磨損性能。為保證陶瓷涂層與基體材料的結(jié)合強(qiáng)度，通常在基體與陶瓷涂層之間沉積一層過(guò)渡涂層。cocraly作為一種過(guò)渡涂層通常用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件薄壁葉片上，同時(shí)cocraly也可以作為包覆型防護(hù)涂層使用，其耐熱腐蝕性和抗硫化性能強(qiáng)，適合海洋等腐蝕環(huán)境使用。

cocraly涂層中的相主要為γ相和β-nial金屬間化合物。在高溫下生成熱生長(zhǎng)氧化物(thermallygrownoxide，簡(jiǎn)稱tgo)al2o3膜后，al含量減少，β-nial轉(zhuǎn)變?yōu)棣谩瘡?qiáng)化相。當(dāng)涂層中β相消失時(shí)，粘結(jié)層的抗氧化性降低。[周洪,李飛.熱障涂層材料研究進(jìn)展.材料導(dǎo)報(bào),2006,20(10):40-43.]cocraly涂層中，al的作用是形成al2o3氧化膜。al含量相對(duì)較高對(duì)提高涂層的抗氧化性能、降低tgo生長(zhǎng)速率是有益的。但al含量不宜過(guò)高，否則會(huì)導(dǎo)致涂層脆性增大、延脆轉(zhuǎn)變溫度升高和塑性下降等。有研究[highintegritycocral(y)coatednickel-basesuperalloys.uspatent4101715]表明在界面附近al含量超過(guò)10wt％后，涂層之間的結(jié)合力會(huì)下降，導(dǎo)致涂層容易脫離。添加cr可以降低形成完整al2o3膜所需的臨界鋁含量。另外，涂層中的cr含量對(duì)熱腐蝕性能影響很大。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片主要發(fā)生高溫氧化腐蝕，要求涂層中的cr含量高于20wt.％；而陸用及海用燃?xì)廨啓C(jī)，低溫腐蝕是葉片的主要破壞形式，要求涂層中具有更高的cr含量，一般為30～40wt.％。brandl等[brandlw,grabkehj,tomad,etal.theoxidationbehaviourofsprayedmcralycoatings[j].surfaceandcoatingstechnology,1996,86:41-47.]對(duì)cr的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明cr含量較高時(shí)(18～35wt.％)，涂層中有α-cr相出現(xiàn)，α-cr的存在可降低結(jié)合層的熱膨脹系數(shù)，減小熱應(yīng)力，從而延長(zhǎng)涂層壽命。cocraly涂層中的y主要起阻止繼續(xù)氧化的作用，y與氧的結(jié)合力很強(qiáng)，容易在界面形成穩(wěn)定氧化物，從而阻止氧越過(guò)界面，對(duì)基體起保護(hù)作用。但y含量過(guò)高則容易在界面處形成針狀相甚至網(wǎng)狀氧化物，大大降低涂層的裂紋萌生應(yīng)變量容限。合金靶材成分均勻，無(wú)組織缺陷或夾雜是制備cocraly涂層另一關(guān)鍵因素，而目前國(guó)內(nèi)所用cocraly合金靶材主要靠進(jìn)口。在熔煉cocraly合金時(shí)，al由于熔點(diǎn)低容易產(chǎn)生劇烈揮發(fā)，易與其他元素反應(yīng)形成爐渣；y元素活性高，極易氧化，形成氧化膜后難熔入鋼液，形成“加不進(jìn)去”的現(xiàn)象。制備的cocraly合金往往成分偏析大，且雜志缺陷較多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制備cocraly合金靶材的方法，能夠通過(guò)合理選擇各種合金及其熔鑄順序工藝，穩(wěn)定其中低熔點(diǎn)和活潑易氧化元素的含量，使熔體清亮少渣流動(dòng)性好，保證了成分配比，提高了合金熔煉的成品率和質(zhì)量穩(wěn)定性，同時(shí)減少了y元素的損耗，避免了y元素?zé)o法加入的現(xiàn)象，制備得到成分合格，無(wú)偏析的cocraly靶材。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種制備cocraly合金靶材的方法，該方法的步驟包括：提供成分配比的重量百分比wt％為：cr：26-32，al：6-10，y：0.5-1.5，其余為co；選擇配置合金；在真空感應(yīng)爐(vim)中采用熔煉和澆鑄工藝制備cocraly合金。

其中，合金為co-al合金和cr-y合金。

其中，al-co合金的al含量為15wt.％-30wt.％，使用中頻狀態(tài)的真空感應(yīng)爐(vim)，用氬氣多次洗爐后在真空下熔煉，熔煉均勻后澆鑄成錠備用；所述cr-y合金的y的含量為70wt.％-90wt.％，使用中頻狀態(tài)的真空感應(yīng)爐(vim)，用氬氣多次洗爐后在真空下熔煉，熔煉均勻后澆鑄成錠備用。

其中，開(kāi)爐前，先將除y以外的全部元素按配比裝入高純氧化鋁坩堝中，其中al、y元素全部來(lái)自預(yù)配制的合金。

其中，采用氬氣洗爐后在真空感應(yīng)爐(vim)制備cocraly合金，所述cr-y合金于澆鑄前一刻加入合金熔體中，待其熔化并混合均勻后立即澆鑄。

其中，澆鑄模具采用表面涂覆高純氧化鋁的石墨模具。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的制備cocraly合金靶材的方法通過(guò)提供成分配比的重量百分比wt％為：cr：26-32，al：6-10，y：0.5-1.5，其余為co；選擇配置合金；在真空感應(yīng)爐(vim)中采用熔煉和澆鑄工藝制備cocraly合金。通過(guò)本發(fā)明，能夠能夠通過(guò)合理選擇各種合金及其熔鑄順序工藝，穩(wěn)定其中低熔點(diǎn)和活潑易氧化元素的含量，使熔體清亮少渣流動(dòng)性好，保證了成分配比，提高了合金熔煉的成品率和質(zhì)量穩(wěn)定性，同時(shí)減少了y元素的損耗，避免了y元素?zé)o法加入的現(xiàn)象，制備得到成分合格，無(wú)偏析的cocraly靶材。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步更詳細(xì)的描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的制備cocraly合金靶材的成分配比(wt％)為：cr：26-32，al：6-10，y：0.5-1.5，其余為co。熔煉配制cocraly合金靶材，通過(guò)預(yù)配制特定的合金，采用合理的添加順序，運(yùn)用合適的模具、熔爐在適當(dāng)?shù)臏囟冗M(jìn)行澆鑄，制備出成分均勻，元素含量穩(wěn)定的合金靶材。制備時(shí)使用的配比是實(shí)驗(yàn)人員經(jīng)過(guò)有限次反復(fù)試驗(yàn)得到的最佳配比。具體的過(guò)程如下所述：

本發(fā)明使用的co、cr、y純度均大于99.95％，al純度大于99.9％。按照cr：26-32wt％，al：6-10wt％，y：0.5-1.5wt％，其余為co的比例進(jìn)行配料。熔配al-co合金，其中al含量為15wt.％-30wt.％，使用中頻狀態(tài)的真空感應(yīng)爐(vim)，用氬氣多次洗爐后在氬氣保護(hù)下熔煉，熔配均勻后澆鑄成錠備用；熔配cr-y合金，其中y的含量為70wt.％-90wt.％，使用中頻狀態(tài)的真空感應(yīng)爐(vim)，用氬氣多次洗爐后在氬氣保護(hù)下熔煉，熔配均勻后澆鑄成錠備用。

將除y以外的全部材料按前述的配比裝入高純氧化鋁坩堝，其中al、y元素全部來(lái)自預(yù)配制的合金。使用中頻狀態(tài)的真空感應(yīng)爐，將爐腔抽至高真空，然后回充氬氣，再抽至高真空，執(zhí)行多次氬氣洗爐后在氬氣保護(hù)下進(jìn)行熔煉。升溫速率不宜過(guò)快，待高純氧化鋁坩堝中的合金完全熔化后利用電磁攪拌對(duì)熔體進(jìn)行充分的混合，在澆鑄前一刻保持功率(溫度)不變，將cr-y合金錠(y元素)利用特殊機(jī)構(gòu)緩緩添加至熔體中，觀察到cr-y合金錠完全熔化后按一定速度將熔體澆入表面涂覆氧化鋁的石墨模具中，等待冷卻后獲得符合要求的合金鑄錠。

基于該合金中各元素的特質(zhì)，co：熔點(diǎn)1768k，cr：熔點(diǎn)2130k，al：熔點(diǎn)933k，y：熔點(diǎn)1799k，al元素的熔點(diǎn)大大低于其他元素，當(dāng)使用純金屬元素直接進(jìn)行熔配時(shí)，al首先熔化，溫度繼續(xù)升高時(shí)，al發(fā)生大量的揮發(fā)，又al活性較高非常容易氧化，在熔煉過(guò)程中產(chǎn)生大量的渣，甚至堵塞澆道，同時(shí)使合金中的元素含量變得難于確定。本發(fā)明的思路是改變al元素的狀態(tài)，提高其熔點(diǎn)，縮小與其他純金屬元素熔點(diǎn)的差距，促使其能夠與其他組分的金屬元素在相近的溫度熔化，在對(duì)與al有關(guān)的二元合金進(jìn)行篩選后確定使用al-co合金。由于y元素極易氧化，一旦氧化膜在其周?chē)纬桑@層氧化膜性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，會(huì)阻隔其中的金屬y與外界的接觸，所以如果使用純?cè)貀進(jìn)行添加很難控制其在合金中的含量。通過(guò)改變y元素加入時(shí)的狀態(tài)，降低其熔點(diǎn)，同樣對(duì)與y有關(guān)的二元合金進(jìn)行篩選后確定使用y-cr合金。當(dāng)y熔入合金液時(shí)，由于稀土y的性質(zhì)極為活潑，易氧化造渣，所以本發(fā)明使用特殊機(jī)構(gòu)在澆鑄前一刻將y-cr合金加入，待其熔化后立即執(zhí)行澆鑄，確保y元素在合金中含量的穩(wěn)定性。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用純度不小于99.95％的co、cr、y和純度不小于99.9％的al為原料進(jìn)行制備合金。熔配al-co合金，其中al含量為15wt.％-30wt.％，使用中頻狀態(tài)的真空感應(yīng)爐，用氬氣多次洗爐后在氬氣保護(hù)下熔煉，熔配均勻后澆鑄成錠備用，取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果位于預(yù)定成分區(qū)間內(nèi)。使用中頻狀態(tài)的真空感應(yīng)爐對(duì)cr-y合金進(jìn)行熔配，y含量為70wt.％-90wt.％，多次氬氣洗爐后在氬氣保護(hù)下熔煉，制備成錠備用。按照cr：26-32wt％，al：6-10wt％，y：0.5-1.5wt％，其余為co的比例進(jìn)行配料，其中al、y全部來(lái)自預(yù)配的合金，合金總重為2000g。將除y-cr合金外的所有原料和合金錠裝入高純氧化鋁坩堝，使用中頻狀態(tài)的真空感應(yīng)爐，用氬氣多次洗爐后在氬氣保護(hù)下熔煉，升溫平穩(wěn)不劇烈，當(dāng)合金完全溶化后保持功率和溫度不變，利用電磁攪拌對(duì)熔體進(jìn)行混合，一段時(shí)間后觀察到熔體清亮干凈，將y-cr合金使用特殊機(jī)構(gòu)緩緩加入熔體中，當(dāng)其完全熔化后保持功率不變立即將熔體澆入表面涂覆氧化鋁涂層的石墨模具中，冷卻后獲得產(chǎn)品，分別取三個(gè)不同位置進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果穩(wěn)定，與預(yù)定配比相差極小。

在本發(fā)明另一實(shí)施例中按照前一實(shí)施例中的配比進(jìn)行備料，合金總重20000g。按照前一實(shí)施例中的工藝重新配制al-co合金，總量20000g，取樣分析后結(jié)果穩(wěn)定。按前一實(shí)施例中的工藝配制cr-y合金。使用前一實(shí)施例所剩al-co合金，不夠的由新配制的合金補(bǔ)充。按照與前一實(shí)施例相同的工藝進(jìn)行熔煉，最后獲得產(chǎn)品，分別取三個(gè)不同位置進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果穩(wěn)定，與預(yù)定配比相差極小。

鑄造過(guò)程中，澆鑄使用的涂覆高純氧化鋁的石墨模具設(shè)計(jì)成靶材最終的形狀并留有一定加工余量，澆道系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合考慮了鋼液流動(dòng)性與充模能力，獲得組織無(wú)顯微疏松，成分偏析小的合金靶材。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的制備cocraly合金靶材的方法通過(guò)提供成分配比的重量百分比wt％為：cr：26-32，al：6-10，y：0.5-1.5，其余為co；選擇配置合金；在真空感應(yīng)爐(vim)中采用熔煉和澆鑄工藝制備cocraly合金。通過(guò)本發(fā)明，能夠能夠通過(guò)合理選擇各種合金及其熔鑄順序工藝，穩(wěn)定其中低熔點(diǎn)和活潑易氧化元素的含量，使熔體清亮少渣流動(dòng)性好，保證了成分配比，提高了合金熔煉的成品率和質(zhì)量穩(wěn)定性，同時(shí)減少了y元素的損耗，避免了y元素?zé)o法加入的現(xiàn)象，制備得到成分合格，無(wú)偏析的cocraly靶材。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。