一种基于热处理与抗氧化涂层制备热过程一体化的镍基高温合金的制备方法与流程

本发明属于镍基高温合金制备，具体涉及一种基于热处理与抗氧化涂层制备热过程一体化的镍基高温合金的制备方法，以及该方法制备得到的镍基高温合金及其应用。

背景技术：

1、镍基高温合金一般由基体ni与强化相ni3al组成，作为最常用的航空发动机叶片材料，在服役过程中处于极高的温度，为了保证高温合金在使用过程中不被氧化，常在其表面制备一层高al含量的抗氧化涂层，也称金属粘结层，通过在高温下形成一层致密的氧化铝膜保护高温合金基体。高温抗氧化涂层一般包括包覆型mcraly涂层(m＝ni，co或者ni+co)与ptal扩散型涂层，包覆型涂层沉积过程合金表面温度通常较低，为保障涂层与合金结合力需进行高温扩散处理；扩散型涂层在制备过程中就需要经历高温的扩散与沉积步骤，在涂层沉积后基体与涂层结合力较高。

2、但是在涂层制备的高温沉积/扩散过程中，高温合金基体组织将发生演变，偏离其经固溶及时效热处理后形成的标准热处理组织(高温合金标准热处理一般分为固溶热处理+一级时效处理+二级时效处理，固溶热处理温度最高，目的在于使得合金中元素均匀分布，消除元素偏析，一级时效处理是为了使得强化相获得合适的尺寸，从而获得良好的强化效果，二级时效是为了进一步减少合金中过小的强化相数量，使得强化相的尺寸与形状均一)，进而使得高温合金力学性能下降，这对高温合金的应用是不利的。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于热处理与抗氧化涂层制备热过程一体化的镍基高温合金的制备方法，该方法制备得到的镍基高温合金及其应用。本发明所提供的一体化制备方法可以解决高温合金在制备涂层后，由于涂层热过程造成的合金组织力学性能退化。

2、本发明所提供的技术方案如下：

3、一种基于热处理与抗氧化涂层制备热过程一体化的镍基高温合金的制备方法，包括依次进行的以下步骤：对铸态镍基高温合金依次进行固溶热处理、一级时效处理和二级时效处理，其中：

4、在所述一级时效处理和所述二级时效处理之间进行包覆型mcraly沉积，制备具有包覆型涂层的镍基高温合金，mcraly中的m＝ni、co或者ni+co；

5、或者，在所述固溶热处理和所述一级时效处理之间进行电镀pt，制备具有ptal涂层的镍基高温合金。

6、基于上述技术方案：

7、通过在所述一级时效处理和所述二级时效处理之间进行包覆型mcraly沉积，或者，在所述固溶热处理和所述一级时效处理之间进行电镀pt，可实现合金时效处理与涂层沉积/扩散热过程的合并；

8、合并合金时效处理与涂层沉积/扩散热过程后，合金基体在制备完成后也仅经历一次完整热处理过程(固溶+一级时效+二级时效)，合金组织保持标准热处理组织，有着更好的力学性能；

9、由于在涂层制备后一般需要对含涂层合金进行力学性能考核，为使样品性能达到设计需要，只能尽可能减少涂层沉积扩散的温度/时间，由此可能造成涂层厚度不足，元素扩散不够充分，涂层抗氧化性能较差，而在合并合金时效处理与涂层沉积/扩散热过程后，涂层制备的热工艺窗口变大，更高的沉积/扩散温度与更长的沉积/扩散时间有利于获得抗氧化性能与结合力更好的涂层。

10、具体的，具有包覆型涂层的镍基高温合金的制备方法的流程如图1所示，具体包括以下步骤：

11、1)获取铸态镍基高温合金；

12、2)进行固溶热处理；

13、3)进行一级时效处理；

14、4)进行包覆型mcraly沉积；

15、5)通过二级时效处理对涂层进行扩散热处理。

16、具体的，铸态镍基高温合金可选自现有技术，例如ic21合金或dd5合金。

17、具体的，步骤2)中，处理温度为1150～1350℃，时间为6～24h。

18、具体的，步骤3)中，处理温度为900℃～1200℃，时间为1～6h。

19、具体的，步骤4)中：使用多弧等离子镀、低压等离子喷涂或超音速火焰喷涂的方式沉积mcraly涂层；涂层沉积厚度20～100μm。

20、具体的，步骤5)中，处理温度为750℃～1100℃，时间为12～36h。

21、具体的，具有ptal涂层的镍基高温合金的制备方法的流程如图1所示，具体包括以下步骤：

22、a)获取铸态镍基高温合金；

23、b)进行固溶热处理；

24、c)进行电镀pt；

25、d)通过一级时效处理对pt层进行扩散处理；

26、e)通过第一段二级时效处理进行化学气相沉积或气相渗铝处理；

27、f)通过第二段二级时效处理进行扩散后处理。

28、具体的，步骤b)中，处理温度1150～1350℃，时间6～24h。

29、具体的，步骤c)中，沉积温度为80～95℃，电流密度为1～5a/dm2，溶液ph值8.0～11.0，所用电镀pt盐为二亚硝基二氨合铂，浓度8～12/l，制备pt层厚度1～8μm。

30、具体的，步骤d)中，处理温度为900℃～1200℃，时间为1～6h。

31、具体的，步骤e)中，渗铝温度为750℃～1100℃，时间为2～10h。

32、具体的，步骤f)中，扩散温度750℃～900℃，时间10～34h。

33、二级时效处理的总时间为第一段二级时效处理时间和第二段二级时效处理时间的总和。

34、本发明还提供了上述方法制备得到的镍基高温合金。

35、本发明所提供的镍基高温合金在形成高温抗氧化涂层的同时，可保持良好的强化效果，且涂层结合力强，从而具有更长的使用寿命。

36、本发明还提供了镍基高温合金的应用，作为航空发动机叶片材料。

技术特征：

1.一种基于热处理与抗氧化涂层制备热过程一体化的镍基高温合金的制备方法，包括依次进行的以下步骤：对铸态镍基高温合金依次进行固溶热处理、一级时效处理和二级时效处理，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中：使用多弧等离子镀、低压等离子喷涂或超音速火焰喷涂的方式沉积mcraly涂层；涂层沉积厚度20～100μm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：

8.一种根据权利要求1至7任一所述的制备方法制备得到的镍基高温合金。

9.根据权利要求8所述的镍基高温合金的应用，其特征在于：作为航空发动机叶片材料。

技术总结
本发明属于镍基高温合金制备技术领域，具体涉及一种基于热处理与抗氧化涂层制备热过程一体化的镍基高温合金的制备方法。该方法包括依次进行的以下步骤：对铸态镍基高温合金依次进行固溶热处理、一级时效处理和二级时效处理，其中：在所述一级时效处理和所述二级时效处理之间进行包覆型MCrAlY沉积，制备具有包覆型涂层的镍基高温合金，MCrAlY中的M＝Ni、Co或者Ni+Co；或者，在所述固溶热处理和所述一级时效处理之间进行电镀Pt，制备具有PtAl涂层的镍基高温合金。本发明可以解决高温合金在制备涂层后，由于涂层热过程造成的合金组织力学性能退化。

技术研发人员：张建强,徐春辉,蒙彩思,向昕
受保护的技术使用者：贵阳航发精密铸造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21