[发明专利]一种MCrAlY离子镀阴极材料及其铸件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及MCrAlY离子镀阴极材料制备领域，具体涉及一种叶片维修和表面防护用MCrAlY离子镀阴极材料及其铸件的制备方法，适用于MCrAlY材料和离子镀阴极铸件的制备。

背景技术

MCrAlY材料属于一种特殊的镍基高温合金，用其制备的防护涂层致密，结合强度好，耐热腐蚀和气蚀，使用温度高，抗氧化性能优良，是目前最先进的防护应用技术，主要应用于航空发动机叶片、燃气机叶片等热端部件的耐热涂层及其热障涂层的粘结过渡层，同时应用于冶金轧辊、热浸镀浸没辊、热处理炉辊等热工设备表面的耐热涂层以及高温炉风口、防热罩表面热障涂层的粘结过渡层等。

涡轮叶片和导向叶片等热端部件是发动机的关键部件，其制备和维修涉及叶片表面防护用MCrAlY离子镀阴极材料。由于国外在相关技术的封锁，而国内又没有相应的替代技术，掌握叶片制造的全部技术，包括MCrAlY离子镀阴极材料和制备技术，实现MCrAlY离子镀阴极材料和制备技术国产化具有重大的战略意义和显著的经济效益。

MCrAlY宏观结构为等轴晶组织，微观组织中主要由β-NiAl、α-Cr、γ′-Ni₃Al或γ固溶体组成。由于该合金以金属间化合物为主，所以显示极高的脆性，同时在凝固过程中枝晶发达、合金中活性元素含量高（Cr18～22%、Al11～13.5%、Y0.3～0.6%）。此外，合金应用过程中，对气体含量有严格要求（(O+H+N)≦0.02wt%），但合金中将C作为杂质元素而限制其含量（≦0.05wt%），不利于合金在真空条件下脱除气体，这都对合金冶炼和铸造技术提出了更高要求。

MCrAlY合金在冶炼和制备离子镀阴极过程中存在几个问题：一是大量Al的加入引起熔体急剧升温，二是Y的挥发严重，使冶炼过程不易控制。同时，Al、Y含量较高，具有较强的化学活性，易与陶瓷型壳材料发生反应，在铸件表面形成缺陷。而最主要的，则是MCrAlY材料的铸件往往会产生穿透性断裂的问题，这是材料本质脆性所导致的铸件断裂。可见，脆性材料的铸造断裂是制备合格的离子镀阴极的一个关键技术难题，这也是该种材料在国内一直难以广泛应用的原因。

所以，急需开发我国具有自主知识产权的MCrAlY材料及其离子镀阴极制备技术，满足国内航空技术发展及其它领域的特殊需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MCrAlY离子镀阴极材料及其铸件的制备方法，解决现有MCrAlY材料脆性较大，容易导致MCrAlY材料铸件产生穿透性断裂的问题。

本发明的技术方案是：

一种MCrAlY离子镀阴极材料及其铸件的制备方法，包括如下步骤：

（1）合金熔炼：按照MCrAlY离子镀阴极材料的化学成分和配比配料，采用真空感应炉熔炼并铸造成母合金锭；熔炼过程中，精炼温度1400～1600℃精炼时间1～10min，炉内真空度控制为0.01～5Pa；

（2）浇铸过程：经步骤（1）处理后的母合金锭进行重熔浇铸，采用真空感应炉熔化母合金锭，并浇注到铸型中，浇铸温度1400～1550℃，获得合金铸件；

（3）凝固及冷却过程：合金铸件凝固控制工艺为，初始冷却速度为5～50℃/秒；在合金固相线温度以下，铸件转入缓慢冷却，开始冷却速度控制为0.01～1℃/秒；当合金铸件冷却至200～500℃，可增加冷却速度为2～10℃/秒，直至室温，获得MCrAlY离子镀阴极材料铸件。

所述的MCrAlY离子镀阴极材料及其铸件的制备方法，步骤（1）熔炼过程中，加入微量碳粉进行脱气处理，碳粉加入量为1～5kg/吨钢水。

所述的MCrAlY离子镀阴极材料及其铸件的制备方法，步骤（2）浇铸过程中，浇铸合金铸件采用SiO₂-Al₂O₃系陶瓷型壳。

所述的MCrAlY离子镀阴极材料及其铸件的制备方法，步骤（2）浇铸前，浇铸的模壳在500～800℃预热1～10h。

所述的MCrAlY离子镀阴极材料及其铸件的制备方法，步骤（3）凝固及冷却过程中，初始冷却速度优选为20～50℃/秒；在合金固相线温度以下，铸件转入缓慢冷却，开始冷却速度控制优选为0.01～0.05℃/秒；当合金铸件冷却至200～500℃，增加冷却速度优选为5～10℃/秒，直至室温。

所述的MCrAlY离子镀阴极材料及其铸件的制备方法，按重量百分含量计，MCrAlY离子镀阴极材料的化学成分为，Cr：10～35%；Al：5～20%；Y：0.1～5%；M：Ni或Co余量。