一种3D打印镍基高温合金渗铝涂层渗铝剂及渗铝的方法转让专利
申请号 : CN202011466333.5
文献号 : CN112609153B
文献日 : 2021-11-02
发明人 : 李瑞迪 , 邓操
申请人 : 中南大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种3D打印镍基高温合金渗铝涂层渗铝剂渗铝的方法,包括以下步骤:
1)渗铝剂的制备:将铝粉,铬粉,硅粉,氯化铵粉及铜粉按比例真空封装于密闭罐体,罐体内留有三分之一的剩余空间,在室温环境下,置于球磨机上进行球磨混粉;混粉完毕后,按照比例向罐体内加入煤油,再真空封装,置于球磨机上继续球磨;球磨完毕后,得到渗铝剂;
2)镍基高温合金材料的表面处理:对镍基高温合金进行表面处理,得到表面处理的镍基高温合金材料;
3)渗铝:将石墨模具内壁用煤油擦拭,将步骤2)中处理后的镍基高温合金包埋于渗铝剂内,置于石墨模具中;将整体模具进行机械振动后,放置于放电等离子烧结炉内进行烧结,烧结完毕后,镍基高温合金表面上即获得了一层高温抗氧化涂层;
所述步骤1)中,原料按照质量百分比,由以下组份组成:硅粉4 11%,铬粉2 6%,辅助剂2~ ~
4%,余量为铝粉;其中:辅助剂由煤油、氯化铵和铜粉组成。
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2.根据权利要求1所述的3D打印镍基高温合金渗铝涂层渗铝剂渗铝的方法,其特征在于,所述的硅粉、铬粉和铝粉均采用气雾化制粉工艺,粉末球形率93%以上,粉末粒径在10~
50μm。
3.根据权利要求1所述的3D打印镍基高温合金渗铝涂层渗铝剂渗铝的方法,其特征在于,所述的辅助剂中煤油、氯化铵和铜粉的质量比为(0.5 0.7):(0.4 0.8): (0.7 3)。
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4.根据权利要求3所述的3D打印镍基高温合金渗铝涂层渗铝剂渗铝的方法,其特征在于,所述的煤油为航空煤油;所述的铜粉采用旋转电极制粉法,粉末球形率达95%以上,铜粉粉末粒径在50 100μm;铜粉采用旋转电极制粉法,得到的粉末球形度更好。
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5.根据权利要求1所述的3D打印镍基高温合金渗铝涂层渗铝剂渗铝的方法,其特征在于,所述步骤1)中,球磨混粉时间为8 10h;继续球磨时间为2 3h。
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6.根据权利要求1所述的3D打印镍基高温合金渗铝涂层渗铝剂渗铝的方法,其特征在于,所述步骤2)中,镍基高温合金进行表面处理的具体步骤为:首先分别采用600目,1000目,2000目,3000目的水磨砂纸进行打磨共计半小时,再对表面用金刚石研磨剂进行抛光处理10min,之后进行超声清洗半小时。
7.根据权利要求1所述的3D打印镍基高温合金渗铝涂层渗铝剂渗铝的方法,其特征在于,所述步骤3)中,机械振动时间为10min;放电等离子烧结的具体工艺参数为:加热功率为
25 30KW,加热电压为10V,加热电流2500 3000A,加压压力为15 20KN;加热升温速率为80~ ~ ~ ~
100℃/min;达到1000℃后,保温20 30min。
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8.根据权利要求7所述的3D打印镍基高温合金渗铝涂层渗铝剂渗铝的方法,其特征在于,所述的放电等离子烧结过程中外加不同方向的超声波,超声频率在40 80KHz。
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说明书 :
一种3D打印镍基高温合金渗铝涂层渗铝剂及渗铝的方法
技术领域
背景技术
空发动机的入口温度可以达到1900K以上。其中作为涡轮发动机重要组成部分的发动机叶
片的温度可达1300K以上。为了保证发动机叶片能在高温下长时间稳定工作,需要在叶片上
涂覆涂层以提高其高温抗氧化腐蚀的能力。
料浆较难均匀地涂覆于基体表面,且制备的涂层稳定性较差,综合性能不如固体渗剂。因此
固体渗剂是应用更为广泛,性能更为优异的涂层渗剂。然而传统的固体渗剂具有以下这些
缺点:(1)渗剂流动性较差,难以完全涂覆在基体上;(2)渗铝涂层厚度不均;(3)渗铝涂层结
合不牢,易脱落。
而,在实际中,因电流密度不一致,易产生涂层涂覆不均匀,导致涂层结合效果较差等问题。
发明内容
和铜粉组成。
毕后,按照比例向罐体内加入煤油,再真空封装,置于球磨机上继续球磨;球磨完毕后,得到
渗铝剂;
内进行烧结,烧结完毕后,3D打印镍基高温合金表面上即获得了一层高温抗氧化涂层。
进行抛光处理10min,之后进行超声清洗半小时。在进行放电等离子烧结之前,对3D打印镍
基高温合金进行表面处理,可以提高渗铝效果。
速率为80~100℃/min;达到1000℃后,保温20~30min。
铝是高温抗氧化涂层的首选元素。
油作为辅助剂,可以起到润滑作用,进一步增加粉末的流动性。2)为了提高涂层的稳定性和
结合性;本发明中采用了辅助剂煤油,煤油除了润滑作用之外,还有润湿作用,使得粉末与
基体更加贴合,利于后续烧结时渗铝剂均匀地渗入基体,从而提高涂层的结合性能;更进一
步而言,本发明的辅助剂中还采用了铜粉,铜粉的加入,利于渗铝剂的整体导电性提高,使
得放电等离子烧结中粉末颗粒间的有效放电增加,可以达到快速升温,均匀加热的效果,使
得渗铝更加均匀,渗铝层与基体的结合更加紧密。3)本发明的辅助剂中还包括有氯化铵,少
量的氯化铵在高温下分解为氨气和氯化氢气体,适量的气体从粉末中逃逸出来,可以有效
避免粉末团聚造成的渗铝不均匀以及渗铝涂层结合强度低、易脱落等问题,同时又不至于
在粉末中形成空洞从而影响渗铝。4)本发明的方法中,为了使得渗铝剂粉末包埋3D打印镍
基高温合金时充分均匀地覆盖在其表面,需在石墨模具内壁擦拭少许煤油。5)本发明的方
法中,在电等离子烧结过程中外加不同方向的超声波,超声处理可以提高渗铝效果,使得渗
铝均匀且深入。
附图说明
具体实施方式
95%,粉末平均粒径为60μm。本实施例中煤油采用的航空煤油。
体,罐体内留有三分之一的剩余空间,在室温环境下,置于球磨机上混粉8h。再向罐体内加
入预定比例的煤油,真空封装,然后置于球磨机上混粉2h。对3D打印镍基高温合金进行表面
处理,分别采用600目,1000目,2000目,3000目的水磨砂纸进行打磨共计半小时,再对表面
用金刚石研磨剂进行抛光处理10分钟,之后进行超声清洗半小时。在石墨模具内壁擦拭少
许煤油,然后将表面处理后的3D打印镍基高温合金包埋于渗铝剂内,置于石墨模具中。再将
整体模具机械振动10分钟后,放置于放电等离子烧结炉内。放电等离子烧结炉加热功率为
25KW,加热电压为10V,加热电流2500A,加压压力为15KN,加热速率为80℃/min,达到1000℃
后,保温20min。在放电等离子烧结过程中,外加不同方向的超声波,超声频率为40KHZ。
95%,粉末平均粒径为60μm。对比例1不添加煤油。
有三分之一的剩余空间,在室温环境下,置于球磨机上混粉10h。对3D打印镍基高温合金进
行表面处理,分别采用600目,1000目,2000目,3000目的水磨砂纸进行打磨共计半小时,再
对表面用金刚石研磨剂进行抛光处理10分钟,之后进行超声清洗半小时。将表面处理后的
3D打印镍基高温合金包埋于渗铝剂内,置于石墨模具中。再将整体模具机械振动10分钟后,
放置于放电等离子烧结炉内。放电等离子烧结炉加热功率为25KW,加热电压为10V,加热电
流2500A,加压压力为15KN,加热速率为80℃/min,达到1000℃后,保温20min。在放电等离子
烧结过程中,外加不同方向的超声波,超声频率为40KHZ。
体内留有三分之一的剩余空间,在室温环境下,置于球磨机上混粉8h。再向罐体内加入预定
比例的煤油,真空封装,然后置于球磨机上混粉2h。对3D打印镍基高温合金进行表面处理,
分别采用600目,1000目,2000目,3000目的水磨砂纸进行打磨共计半小时,再对表面用金刚
石研磨剂进行抛光处理10分钟,之后进行超声清洗半小时。在石墨模具内壁擦拭少许煤油,
然后将表面处理后的3D打印镍基高温合金包埋于渗铝剂内,置于石墨模具中。再将整体模
具机械振动10分钟后,放置于放电等离子烧结炉内。放电等离子烧结炉加热功率为25KW,加
热电压为10V,加热电流2500A,加压压力为15KN,加热速率为80℃/min,达到1000℃后,保温
20min。在放电等离子烧结过程中,外加不同方向的超声波,超声频率为40KHZ。
95%,粉末平均粒径为60μm。对比例3中煤油采用的航空煤油。对比例3在放电等离子烧结中
不外加超声波。
体,罐体内留有三分之一的剩余空间,在室温环境下,置于球磨机上混粉8h。再向罐体内加
入预定比例的煤油,真空封装,然后置于球磨机上混粉2h。对3D打印镍基高温合金进行表面
处理,分别采用600目,1000目,2000目,3000目的水磨砂纸进行打磨共计半小时,再对表面
用金刚石研磨剂进行抛光处理10分钟,之后进行超声清洗半小时。在石墨模具内壁擦拭少
许煤油,然后将表面处理后的3D打印镍基高温合金包埋于渗铝剂内,置于石墨模具中。再将
整体模具机械振动10分钟后,放置于放电等离子烧结炉内。放电等离子烧结炉加热功率为
25KW,加热电压为10V,加热电流2500A,加压压力为15KN,加热速率为80℃/min,达到1000℃
后,保温20min。
为96%,粉末平均粒径为65μm。本实施例中煤油采用的航空煤油。
罐体,罐体内留有三分之一的剩余空间,在室温环境下,置于球磨机上混粉9h。再向罐体内
加入预定比例的煤油,真空封装,然后置于球磨机上混粉2.5h。对3D打印镍基高温合金进行
表面处理,分别采用600目,1000目,2000目,3000目的水磨砂纸进行打磨共计半小时,再对
表面用金刚石研磨剂进行抛光处理10分钟,之后进行超声清洗半小时。在石墨模具内壁擦
拭少许煤油,然后将表面处理后的3D打印镍基高温合金包埋于渗铝剂内,置于石墨模具中。
再将整体模具机械振动15分钟后,放置于放电等离子烧结炉内。放电等离子烧结炉加热功
率为27KW,加热电压为10V,加热电流2700A,加压压力为17KN。加热速率为90℃/min。达到
1000℃后,保温25min。在放电等离子烧结过程中,外加不同方向的超声波,超声频率为
60KHZ。
率为97%,粉末平均粒径为55μm。本实施例中煤油采用的航空煤油。
罐体,罐体内留有三分之一的剩余空间,在室温环境下,置于球磨机上混粉10h。再向罐体内
加入预定比例的煤油,真空封装,然后置于球磨机上混粉3h。对3D打印镍基高温合金进行表
面处理,分别采用600目,1000目,2000目,3000目的水磨砂纸进行打磨共计半小时,再对表
面用金刚石研磨剂进行抛光处理10分钟,之后进行超声清洗半小时。在石墨模具内壁擦拭
少许煤油,然后将表面处理后的3D打印镍基高温合金包埋于渗铝剂内,置于石墨模具中。再
将整体模具机械振动15分钟后,放置于放电等离子烧结炉内。放电等离子烧结炉加热功率
为30KW,加热电压为10V,加热电流3000A,加压压力为20KN。加热速率为100℃/min。达到
1000℃后,保温30min。在放电等离子烧结过程中,外加不同方向的超声波,超声频率为
80KHZ。
97%,粉末平均粒径为63μm。本实施例中煤油采用的航空煤油。
罐体,罐体内留有三分之一的剩余空间,在室温环境下,置于球磨机上混粉9h。再向罐体内
加入预定比例的煤油,真空封装,然后置于球磨机上混粉2.5h。对3D打印镍基高温合金进行
表面处理,分别采用600目,1000目,2000目,3000目的水磨砂纸进行打磨共计半小时,再对
表面用金刚石研磨剂进行抛光处理15分钟,之后进行超声清洗半小时。在石墨模具内壁擦
拭少许煤油,然后将表面处理后的3D打印镍基高温合金包埋于渗铝剂内,置于石墨模具中。
再将整体模具机械振动12分钟后,放置于放电等离子烧结炉内。放电等离子烧结炉加热功
率为28KW,加热电压为10V,加热电流2800A,加压压力为22KN。加热速率为90℃/min。达到
1000℃后,保温20min。在放电等离子烧结过程中,外加不同方向的超声波,超声频率为
70KHZ。
为98%,粉末平均粒径为63μm。本实施例中煤油采用的航空煤油。
罐体,罐体内留有三分之一的剩余空间,在室温环境下,置于球磨机上混粉8h。再向罐体内
加入预定比例的煤油,真空封装,然后置于球磨机上混粉3h。对3D打印镍基高温合金进行表
面处理,分别采用600目,1000目,2000目,3000目的水磨砂纸进行打磨共计半小时,再对表
面用金刚石研磨剂进行抛光处理20分钟,之后进行超声清洗半小时。在石墨模具内壁擦拭
少许煤油,然后将表面处理后的3D打印镍基高温合金包埋于渗铝剂内,置于石墨模具中。再
将整体模具机械振动10分钟后,放置于放电等离子烧结炉内。放电等离子烧结炉加热功率
为26KW,加热电压为10V,加热电流2600A,加压压力为18KN。加热速率为100℃/min;达到
1000℃后,保温40min。在放电等离子烧结过程中,外加不同方向的超声波,超声频率为
50KHZ。
2
氧化增重在0.3‑0.5mg/cm之间,其中实施例1和实施例2的抗氧化性能较实施例3、4、5更为
优异。
不均,可以看到表面有白色斑点,即节瘤,说明在辅助剂以及超声的作用下,本涂层可以更
加均匀地分布于镍基高温合金表面。
1.49V之间,其中实施例2的耐腐蚀性能在五个实施例中最好。