一种片状镍基高温合金及其制备方法与流程

本发明涉及tlp扩散焊工艺领域，且特别涉及一种片状镍基高温合金及其制备方法。

背景技术

燃气轮机热端部件在采用高性能高温合金制造的同时，在设计上采用具有复杂内部冷却通道的空心结构。对这种复杂结构，单凭铸造技术无法完成其最终结构，焊接是制造过程中不可缺少的关键制造技术。随着国内新型燃气轮机工作温度的提高，对镍基高温合金等难焊材料的焊接要求也越来越高，常规焊接技术和设备无法实现。瞬时液相(tlp)扩散焊是一种介于扩散焊和钎焊之间的焊接技术，其焊接原理是采用特殊成分、熔化温度较母材稍低的薄层中间层合金作为连接材料在真空条件下加热，使母材与中间层之间形成低熔点液相，待液相均匀化扩散后等温凝固，最终形成组织均匀的接头。

tlp扩散焊目前已成功应用于多种高温合金的连接，并被认为是镍基高温合金的首选连接方法。目前，中间层合金主要以粉末状和箔带状的形式应用于tlp扩散焊。镍基高温合金具有极高的熔点，因此制备中间层合金粉末极为困难，成本高昂；另外，镍基合金往往以金属间化合物ni3al为基体，因其无磁性导致无法电磁加热和搅拌，采用目前主流的甩带工艺制备高温合金中间层箔带同样非常困难。由于高温合金的难熔性和高温氧化性，实验室和工业生产中通常采用真空电弧熔炼的方法制备高温合金。线切割的方法虽然可用于片状金属的切割，但是，真空电弧熔炼的方法制备得到的高温合金试样尺寸小且成扁平的钮扣状，夹具固定极其困难，给后续通过线切割制备任意形状片状高温合金带来巨大挑战。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种片状镍基高温合金的制备方法，该方法采用低熔点金属对纽扣状的高温合金进行夹持和固定，大大降低了加工难度，简化了生产工艺，同时可以以极低的成本得到片状镍基高温合金，从而有效地降低生产成本，并且显著减小制备片状镍基高温合金所需原材料的尺寸与体积，加工过程中废料少，从而又可提高镍基高温合金材料利用率。

本发明的另一目的在于提供一种片状镍基高温合金，其通过上述的片状镍基高温合金的制备方法制备得到。该片状镍基高温合金的制备成本低，且作为中间合金层，可应用于镍基高温合金试样的tlp扩散焊的焊接工艺中。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出了一种片状镍基高温合金的制备方法，其包括：

将固态纽扣状的镍基高温合金试样放置于浇铸模具的底部，在模具中浇铸液态的低熔点金属；

待低熔点金属凝固并冷却至室温后，拆开浇铸模具后得到与固态纽扣状镍基高温合金试样的形貌匹配的固态低熔点金属试样；

将粘接剂涂覆于镍基高温合金试样与固态低熔点金属试样的匹配面，使得镍基高温合金试样与固态低熔点金属的匹配面配合，并向匹配面的两端加压，待粘接剂固化后得到棒状连接件；

将棒状连接件加工至规定尺寸和形状；

将棒状连接件的镍基高温合金试样的部分切割至规定厚度的片状镍基高温合金。

本发明提出一种片状镍基高温合金，片状镍基高温合金通过上述的片状镍基高温合金的制备方法制备的得到。

本发明实施例的一种片状镍基高温合金及其制备方法的有益效果是：

传统tlp扩散焊工艺中需要制备中间层合金粉末或箔带，制备高温合金粉末或箔带对贵重设备要求极高且一次制备需要消耗大量的中间层合金，加工工艺复杂且成本高；本发明所提出的方法，通过普通的熔炼和线切割等加工方法即可实现薄片状中间层高温合金的制备，工艺流程简单，解决了小尺寸扁平状高温合金难以夹持的难题，具有加工成本低的优势。

综上所述，该片状镍基高温合金的制备方法采用低熔点金属对纽扣状的高温合金进行夹持和固定，大大降低了加工难度，简化了生产工艺，同时可以以极低的成本得到片状镍基高温合金，从而有效地降低生产成本，并且显著减小制备片状镍基高温合金所需原材料的尺寸与体积，加工过程中废料少，从而又可提高镍基高温合金材料利用率。

该片状镍基高温合金，其通过上述的片状镍基高温合金的制备方法制备得到。该片状镍基高温合金的制备成本低，且作为中间合金层，可应用于镍基高温合金试样的tlp扩散焊的焊接工艺中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的片状镍基高温合金的制备方法的工艺流程图；

图2为本发明实施例提供的镍基高温合金熔炼与凝固的示意图；

图3为本发明实施例提供的在可拆卸的浇铸模具底部放置纽扣状高温合金试样的示意图，其中(a)为爆炸图，(b)为剖面图；

图4为本发明的实施例提供的高温合金试样形貌匹配的低熔点金属试样制备的示意图；

图5为本发明的实施例提供的镍基高温合金和低熔点金属匹配面粘接形成棒状连接件示意图；

图6为本发明的实施例提供的棒状连接件进行线切割至规定尺寸的示意图；

图7为本发明的实施例提供的将线切割得到规定厚度的镍基高温合金的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的片状镍基高温合金及其制备方法进行具体说明。

参阅图1至图7，本发明的实施例提供了一种片状镍基高温合金的制备方法，其包括：

将固态纽扣状的镍基高温合金试样放置于浇铸模具的底部，在模具中浇铸液态的低熔点金属；

待低熔点金属凝固并冷却至室温后，拆开浇铸模具后得到与固态纽扣状镍基高温合金试样的形貌匹配的固态低熔点金属试样；

将粘接剂涂覆于镍基高温合金试样与固态低熔点金属试样的匹配面，使得镍基高温合金试样与固态低熔点金属的匹配面配合，并向匹配面的两端加压，待粘接剂固化后得到棒状连接件；

将棒状连接件加工至规定尺寸和形状；

将棒状连接件的镍基高温合金试样的部分切割至规定厚度的片状镍基高温合金。

该片状镍基高温合金的制备方法采用低熔点金属对纽扣状的高温合金进行夹持和固定，大大降低了加工难度，简化了生产工艺，同时可以以极低的成本得到片状镍基高温合金，从而有效地降低生产成本，并且显著减小制备片状镍基高温合金所需原材料的尺寸与体积，加工过程中废料少，从而又可提高镍基高温合金材料利用率。

请再次参阅图1，在本实施例中，固态纽扣状的镍基高温合金试样是在真空电弧熔炼炉中通过电弧加热将熔炼模具中的原料融化，并冷却凝固后得到的。

并且，作为优选的方案，采用电弧加热镍基高温合金的过程中，加热的次数为多次，且下一次加热均为待上一次加热熔融后的镍基高温合金冷却后再进行，以保证镍基高温合金的成分均匀。采用反复的多次加热可保证镍基高温合金的成分均匀。

请再次参阅图1，在本实施例中，低熔点金属是将块状低熔点金属放置在刚玉或石墨坩埚中，通过熔炼炉或电阻炉加热至液态后得到的。

具体地，将块状低熔点金属放置在刚玉或石墨坩埚中，通过熔炼炉或电阻炉加热至液态的步骤中具体包括：

将氯化锂与氯化钾的混合物作为覆盖剂放入刚玉或石墨坩埚中；

在熔炼炉或电阻炉中加热至覆盖剂完全熔融；

将纯锡块放入盛有覆盖剂的刚玉或石墨坩埚中，继续加热使得纯锡块在覆盖剂中完全熔融至液态。

请再次参阅图1至图7，在本发明的实施例中，浇铸模具为可拆卸模具，且浇铸模具的直径尺寸与镍基高温合金试样的直径尺寸相同或相近。将钮扣状高温合金试样放置在与其直径尺寸相同或接近的特制可拆卸浇铸模具底部，然后在模具中浇铸液态低熔点金属，待低熔点金属凝固并冷却至室温后，拆开浇铸模具，即可得到与固态钮扣状高温合金形貌匹配的固态低熔点金属试样。

详细地，在本发明的实施例中，粘接剂是在改性丙烯酸酯中添加石墨粉，并混和均匀后得到的。且作为优选的方案，粘接剂是在改性丙烯酸酯中添加石墨粉并搅拌均匀，然后加入固化剂再次搅拌均匀后得到的。固化剂的加入有利于整个粘接剂的固化，缩短固化时间。

请再次参阅图1至图7，在本发明的实施例中，将棒状连接件加工至规定尺寸和形状的步骤中采用的是线切割的方法；将棒状连接件的镍基高温合金试样的部分切割至规定厚度的片状镍基高温合金的步骤中均采用的是线切割的方法。通过普通的熔炼和线切割等加工方法即可实现薄片状中间层高温合金的制备，工艺流程简单，解决了小尺寸扁平状高温合金难以夹持的难题，具有加工成本低的优势。

本发明的实施例还提供了一种片状镍基高温合金，该片状镍基高温合金通过上述的片状镍基高温合金的制备方法制备的得到。该片状镍基高温合金的制备成本低，且作为中间合金层，可应用于镍基高温合金试样的tlp扩散焊的焊接工艺中。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

以制备直径15mm，厚度0.3mm圆片状镍基(ni3al)高温合金为例，包括如下步骤：

1)在真空电弧熔炼炉中根据所设计的元素成分在非自耗真空熔炼炉熔炼模具中放置粉状或块状金属(包括ni、al以及降熔元素b等元素)，然后采用电弧加热熔炼所要制备镍基高温合金；待高温合金冷却后反复加热至熔融状态数次，以保证合金成分均匀，最终凝固得到钮扣状高温合金试样，如图2所示，制备得到的固态钮扣状高温合金试样的直径约20mm。

2)加工可拆卸的不锈钢浇铸模具，该模具内腔直径为20mm，具体结构如图3(a)所示，将固态高温合金试样放置到浇铸模具底部，然后紧固模具准备浇铸低熔点金属，如图3(b)所示；

3)将50g的氯化锂和氯化钾混合物(质量分数1:1.3混合)作为覆盖剂放入刚玉坩埚中，在井式电阻炉中加热致覆盖剂完全熔融，将适量锡块(纯锡)放入到盛有熔融覆盖剂的坩埚中，继续加热至500摄氏度，使锡块在覆盖剂中完全熔融至液态，然后将液态锡浇铸在预置高温合金的模具中，待液态锡凝固至室温后，拆开浇铸模具，由于锡与镍基高温合金不润湿，可得到与高温合金试样接确面形貌匹配的锡棒试样，如图4所示。

4)在改性丙烯酸酯中填加石墨粉(质量分数40％，粒径50微米左右)并搅拌均匀后，再加入固化剂搅拌均匀，涂敷在锡棒和高温合金相对应的匹配面，然后锡棒和高温合金匹配面配合，加压固化后便可实现具备一定导电能力且牢固的棒状连接件，如图5所示；

5)夹持连接件锡的一侧，采用线切割的方法加工15mm直径尺寸的棒状试样，如图6所示；

6)夹持直径为15mm的连接件锡的一侧，采用线切割的方法切割0.3mm厚度的片状高温合金试样，得到所需形状和厚度的片状镍基高温合金，如图7所示。

综上所述，该片状镍基高温合金的制备方法采用低熔点金属对纽扣状的高温合金进行夹持和固定，大大降低了加工难度，简化了生产工艺，同时可以以极低的成本得到片状镍基高温合金，从而有效地降低生产成本，并且显著减小制备片状镍基高温合金所需原材料的尺寸与体积，加工过程中废料少，从而又可提高镍基高温合金材料利用率。

该片状镍基高温合金，其通过上述的片状镍基高温合金的制备方法制备得到。该片状镍基高温合金的制备成本低，且作为中间合金层，可应用于镍基高温合金试样的tlp扩散焊的焊接工艺中。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。