一种Nb-Si基合金空心涡轮叶片的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108044122A(43)申请公布日2018.05.18(21)申请号201711127886.6(22)申请日2017.11.14(71)申请人中国航发北京航空材料研究院地址100095北京市海淀区北京市81号信箱科技发展部(72)发明人刘伟熊华平陈冰清秦仁耀孙兵兵李能(74)专利代理机构中国航空专利中心11008代理人李建英(51)Int.Cl.B22F5/04(2006.01)B22F3/105(2006.01)C22C27/02(2006.01)B33Y10/00(2015.01)权利要求书1页说明书4页(54)发明名称一种Nb-Si基合金空心涡轮叶片的制备方法(57)摘要本发明属于空心涡轮叶片的制备技术领域，涉及一种激光快速成形技术制备尤其涉及一种Nb-Si基合金空心涡轮叶片的制备方法。本发明以商用纯元素粉末为原料，对原料粉末的几何形貌无特殊要求，无需球形粉末，同时也无需制备预合金化粉末。制备过程不需要坩埚约束，无需研制高承温能力的惰性陶瓷型壳和型芯，有效避免了电极、坩埚等对高活性Nb-Si合金熔体的污染。本发明以激光为能量源，利用激光加工的快速熔化和凝固特点，能大幅度细化Nb-Si基合金的显微组织，此外，采用单道次扫描获得的Nb-Si基合金的显微组织呈现出一定的取向性，这些组织特征均有利于提高脆性Nb-Si合金的韧塑性，降低在送粉式激光快速成形过程中Nb-Si合金的裂纹倾向性。CN108044122ACN108044122A权利要求书1/1页1.一种Nb-Si基合金空心涡轮叶片的制备方法，其特征在于：以纯元素粉末为原料，采用送粉式激光快速成形技术制备空心涡轮叶片，制备过程包括以下步骤：(1)建立待加工的空心涡轮叶片三维CAD模型，然后在空心涡轮叶片的高度方向上对CAD模型进行分层切片处理，再对每层切片进行激光扫描路径填充，每层激光扫描路径采用单道次填充，然后将切片信息和扫描路径信息导入送粉式激光快速成形系统；(2)商用Nb-Si基合金的纯元素粉末通过筛分，获得平均粒径分布在50～100μm纯元素粉末；(3)将步骤(2)获得的纯元素粉末，按照所需制备的Nb-Si基合金化学成分称量并混合，获得Nb-Si基合金的混合粉末；(4)将混合粉末置于激光快速成形系统的送粉器中，以高纯氩气为载粉气流和保护气；(5)激光和粉末同轴输出，并按照步骤(1)中获得的切片信息和扫描路径信息设置送粉式激光快速成形设备的送粉速率、激光功率、激光离焦距离及激光扫描速度，在激光的作用下，混合粉末在成形基板上熔化形成熔池，并随着激光移开，熔池凝固，激光完成扫描后，得到一个沉积层；(6)同轴送粉头上升一个沉积层厚度，重复步骤(5)进行下一个沉积层的制备；(7)重复步骤(6)，直到Nb-Si基合金空心涡轮叶片制备完成，待合金温度降至室温后取出。2.根据权利要求1所述的一种Nb-Si基合金空心涡轮叶片的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中一个切片层的厚度为0.3～0.8mm。3.根据权利要求1所述的一种Nb-Si基合金空心涡轮叶片的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所采用的混合方法是采用行星式球磨机混合1～5h，并且在混合过程中不添加任何磨球。4.据权利要求1所述的一种Nb-Si基合金空心涡轮叶片的制备方法，其特征在于：步骤(4)中载粉气流流速：5～10L/min，保护气流速：10～30L/min。5.据权利要求1所述的一种Nb-Si基合金空心涡轮叶片的制备方法，其特征在于：步骤(5)中成形基板为Ti6Al4V。6.根据权利要求1所述的一种Nb-Si基合金空心涡轮叶片的制备方法，其特征在于：所述的送粉式激光快速成形设备的送粉速率设为5～15g/min，激光功率设为：800～3000W，激光处于离焦条件，离焦距离：5～20mm；激光扫描速度400--800mm/min。2CN108044122A说明书1/4页一种Nb-Si基合金空心涡轮叶片的制备方法技术领域[0001]本发明属于空心涡轮叶片的制备技术领域，涉及一种激光快速成形技术制备尤其涉及一种Nb-Si基合金空心涡轮叶片的制备方法。背景技术[0002]Nb-Si基合金具有高熔点、高刚度、低密度以及优异的高温强度，是最具潜力替代现有镍基高温合金，承温能力达到1200～1400℃的超高温结构材料，在新一代高推比航空发动机和高比冲火箭发动机动力装备等超高温领域有广泛的应用。[0003]目前，Nb-Si基合金的制备方法主要有真空电弧熔炼、定向凝固、粉末冶金、普通精密铸造等。[0004]真空电弧熔炼是在真空条件下，利用电极和坩埚两极间电弧放电产生的高温热源将金属熔化，并在坩埚内冷凝成锭的过程，真空电弧熔炼是目前制备Nb-Si基合金应用