[发明专利]一种耐磨抗蚀镍基合金丝材的制备方法

说明书

本发明公开了一种耐磨抗蚀镍基合金丝材及其制备方法，合金丝成分为Cr 17～21％、Co 20～25％、W 1.8～2.2％、Mo 6.4～9.5％、Al 1.4～1.8％、Ti 3.2～4.5％、Nb 0.1～0.5％、Hf 0.1～0.5％、Ta 1.2～1.8％、Re 0.03～0.06％、Ce 0.01～0.05％、C 0.02～0.1％、B 0.005～0.015％、Zr 0.02～0.07％、Mg 0.005～0.008％，Ni为余量。该合金的制备工艺路线为：真空熔炼‑重熔‑锻造‑热轧‑拉拔‑固溶处理‑时效处理。将原材料按质量百分比配料熔炼，重熔；然后通过锻造、轧制成合金盘条；再进行多道次的拉拔制备成Φ0.05～0.4mm的合金丝；最后再通过固溶处理、时效处理。作为航空发动机、燃气轮机等的刷式密封的刷丝材料，可以有效改善刷式密封的密封效果，提高其使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种耐磨抗蚀镍基合金丝材及其制备方法，属于材料加工技术领域。具体用于制造耐高温磨损、抗高温腐蚀、抗氧化的高强度刷丝材料。

背景技术

刷式密封是一种用于发动机、汽轮机以及蒸汽机等透平机械关键部分的空气密封装置，主要由刷环和与其对应配套的跑道构成。其中，刷环主要由前板、背板及夹持在两者之间直径为0.06～0.3mm左右的高温合金刷丝焊接组成，是空气系统篦齿密封最好的替代结构，其中刷丝是刷式密封装置中最为重要的材料部分，要求刷丝在使用过程中具有很好的高温耐磨、抗蚀、高强、抗氧化等性能。

在大功率透平机械中，密封泄漏是空气动力损失的主要来源。GE和CROSS公司的报告认为，由于密封失效导致的级间能量损失比例可以达到1/3，Chupp等报告密封泄漏导致汽轮机效率损失的比例高达22％左右，美国路易斯研究中心的报告认为先进的密封技术可以减少商用发动机10％的燃油消耗量。刷式密封是近几十年发展起来的新的密封，它的泄漏量相当于传统的迷宫密封的1/5～1/10，可以显著提高透平机械的效率和可靠性，降低燃油量，因此受到国内外广泛的关注。国内外学者对刷丝材料的研究不断的深入，研发了多种基体的刷丝材料(例如铁基、镍基、钴基等)，应用温度范围广，能够适应不同温度条件，应用于燃气轮机、发动机以及航空发动机等，大大提高了效率、降低了损耗。

国内学者通过添加合金元素及控制其含量，研究了不同元素的作用机理，发现了不同的元素对应的相应强化机制，例如固溶强化、时效强化以及晶界强化等，大大促进了高温合金的应用与发展。例如，公开号为CN 103160709 A的中国专利公开了一种合金刷丝的成分为：Cr 16～20％，Mo 2.5～3％，Co8～10％，Fe 1～3％，Ti 0.2～1％，Al 0.4～1.5％，C 0.05～0.1％，Ni余量的镍基高性能合金刷丝及其制备方法，具有较好的抗高温耐磨性、抗高温耐腐蚀性、抗氧化性和较高的强度等优点，可以有效提高发动机刷密封的使用寿命和可靠性，该丝材生产工艺可控，可以批量生产；公开号为CN 103388091 A的中国发明专利公开了一种化学成分(wt.％)为：C 0.15～0.30％、Cr 25～30％、Mo 10～12％、Al 1.0～1.5％，其余为Ni的新型耐磨耐蚀镍基高温合金，在1300℃以上超高温条件下具有较高的蠕变强度、良好的抗氧化腐蚀性能和优异的耐磨损性能，有效地延长使用寿命。

另一方面通过对合金加工制备工艺的优化改进，改善合金的组织、降低缺陷等，并且选择一定的热处理工艺，从而预获得优质性能的合金材料。例如，公开号为CN 104178648A的中国发明专利公开了一种无磁耐蚀镍铬基轴承合金的制备方法，以添加微量元素为前提，合理控制制备工艺，制备的轴承合金，其材料纯净度高、均匀性好、品质质量及成材率高，降低了合金成本，并大幅提高了合金接触疲劳寿命。

但是由于合金元素部分作用机理的尚不明确，原有的单一式加工制备工艺制造生产的产品质量不稳定，微量有害元素含量不能有效控制，容易出现坯料断裂、表满毛刺严重、划痕明显、夹杂物超标、晶粒粗大、时效硬度不足造成产品合格率，材料的质量品质不佳、可靠性降低，导致合金材料使用的过程中容易发生断裂、磨损失效，严重影响合金的使用寿命。