[发明专利]一种由两种合金复合成的功能梯度单晶叶片材料及其制备方法

权利要求书

1.一种由两种合金复合成的功能梯度单晶叶片材料的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

第一步，制备顶部浇注式叶片模壳；

叶片叶顶朝上正放，使用起晶器、螺旋选晶器和单晶放大器来获得单晶，并设计横置在相邻起晶器之间的窄通道，使起晶器相互连通；计算所需Ni基高温合金的质量和所需Ni₃Al基超高温合金的质量；

第二步，在定向凝固设备中安装磁感应熔化炉A和磁感应熔化炉A，分别用于熔化Ni基高温合金的质量和Ni₃Al基超高温合金；Ni基高温合金熔化温度为1480～1520℃，Ni₃Al基超高温合金熔化温度为1520～1570℃；

第三步，设定浇注温度为1500～1580℃，模壳温度与浇注温度相同，先浇注Ni基高温合金，浇注后静置5min；以3mm/min抽拉速率运行5～8min，使起晶器和窄通道内金属液完全凝固；再浇注Ni₃Al基超高温合金，浇注后静置5min；

第四步，进行单晶叶片的生长：螺旋选晶器生长速率为3～4mm/min、单晶放大器生长速率逐步增加到4～6mm/min，叶根及叶中部生长速率为4～6mm/min，在两种合金互扩散形成的过渡区生长速率逐步放慢到3～4mm/min，叶顶及浇注盘生长速率维持3～4mm/min，直至单晶生长完成；Ni基高温合金铸造的叶根及叶中部的长度为叶片总长的2/3～4/5长度范围内，其余为叶顶；

第五步，所得材料施加再设计的固溶均匀化处理、高温时效处理和低温时效处理；

固溶均匀化处理制度的再设计方法为：选取两合金标准固溶制度全部温度点中的最低温度和最高温度，在两温度之间以20度为温度梯度增加温度点，形成所设计的固溶制度温度点序列，其最低温度点保温2小时，其最高温度点保温10小时，中间的每个温度点均保温2～6小时；高温时效处理制度的再设计方法为：选取两种合金标准高温时效制度温度点，分别称为较低温度和较高温度，按照“较低温度保温1小时+较高温度保温2小时+较低温度保温1小时”设计该材料的高温时效处理制度；低温时效处理制度的再设计方法为：选取两种合金标准低温时效制度保温时间中的较长时间，按照“870℃保温该较长时间”设计低温时效处理制度。

2.根据权利要求1所述的一种由两种合金复合成的功能梯度单晶叶片材料的制备方法，其特征在于：所述管道的高度为起晶器高度的1/2处。

3.根据权利要求1所述的一种由两种合金复合成的功能梯度单晶叶片材料的制备方法，其特征在于：所述窄通道的为直径0.8～1.2mm的管道。

4.根据权利要求1所述的一种由两种合金复合成的功能梯度单晶叶片材料的制备方法，其特征在于：所述的过渡区是指Ni基高温合金铸造部分和Ni₃Al基超高温合金铸造部分的界面上下各10mm长度叶片段，该过渡区由于两中合金在液相条件下进行相互扩散，其成分从Ni基高温合金均匀过渡到Ni₃Al基超高温合金。

5.根据权利要求1所述的一种由两种合金复合成的功能梯度单晶叶片材料的制备方法，其特征在于：所述生长速率逐步增加或逐步放慢是指速率变化率为0.5mm/min²。

6.一种由两种合金复合成的功能梯度单晶叶片材料，其特征在于：叶根和叶中部的材料是Ni基高温合金，叶顶材料是Ni₃Al基超高温合金，叶根和叶中部长度在叶片总长的2/3～4/5长度范围内。

7.一种实现权利要求1所述的制备方法的定向凝固设备，包括循环水冷却体和顶部浇注式精密铸造模壳，其特征在于：高温室顶部设置磁感应熔化炉A和磁感应熔化炉B；所述的顶部浇注式精密铸造模壳中，在相邻的两个起晶器之间设置窄通道，所述的窄通道为直径0.8～1.2mm的管道结构；所述的窄通道水平设置在起晶器的1/2高度处，使多个起晶器相互连通；所述的两个磁感应熔化炉A和磁感应熔化炉B中分别用于盛放和熔化Ni基高温合金和Ni₃Al基超高温合金，并将Ni基高温合金金属液和Ni₃Al基超高温合金金属液浇铸到所述的顶部浇注式精密铸造模壳内。