CN103952595A - 一种用于修复定向凝固镍基高温合金叶片的激光熔覆粉末 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于修复定向凝固镍基高温合金叶片的激光熔覆粉末，按重量百分比由以下化学成分组成：镍，余量，铬15.0～16.0%，钴10.0～13.0%，碳0.1～0.2%，钼2.0～2.3%，钨3.5～3.7%，铝6.5～7.0%，钽6.5～7.0%，镐0.1～0.3%，硼0.1～0.3%，铼2.0～3.0%，铪1.0～1.5%，余量为镍。
Description
技术领域
本发明涉及一种定向凝固镍基高温合金叶片叶尖修复的激光熔覆粉末，属于航空发动维修工程领域。
背景技术
某型航空发动机高压涡轮工作叶片采用镍基高温温合金DZ125定向凝固结晶精密铸造而成。一个大修周期后高压涡轮工作叶片在工作中叶尖出现裂纹和磨损等故障而报废，必须对叶尖进行修复才能重新使用。DZ125为高铝、钛高温合金，可焊性差，采用常规的氩弧焊在接长叶尖时容易产生裂纹，且无法产生定向凝固组织，因此国内外目前主要采用激光熔覆技术来修复叶尖裂纹和磨损部位，但是如何选择一种合适的熔覆粉末是关键，研究分析表明航空发动机定向凝固镍基高温合金叶片叶尖出现磨损和裂纹故障主要是因为封严涂层NiCrAlY硬度较高和基材抗燃气腐蚀差等原因加剧了磨损和裂纹出现，因此本专利提供发明了一种新型的镍基合金熔覆粉末，该粉末材料具有比DZ125合金更高的高温强度、抗氧化和抗腐蚀性能，用该粉末修复的高压涡轮工作叶片能满足航空发动机360小时的使用寿命要求。
国内外公开了多种激光熔覆粉末，但是这些粉末不具备抗900℃以上的热腐蚀的要求，且与定向凝固镍基高温温合金DZ125之间存在热膨胀系数差异＞5%，不能满足DZ125定向凝固结晶精密铸造叶片修复技术要求。本发明提供的用于修复定向凝固镍基高温合金叶片的激光熔覆粉末抗热腐蚀性能优良，且与定向凝固镍基高温温合金DZ125之间存在热膨胀系数差异＜5%。
发明内容
本发明提供了一种用于修复定向凝固镍基高温合金叶片的激光熔覆粉末，按重量百分比由以下化学成分组成：镍，余量，铬15.0～16.0%，钴10.0～13.0%，碳0.1～0.2%，钼2.0～2.3%，钨3.5～3.7%，铝6.5～7.0%，钽6.5～7.0%，镐0.1～0.3%，硼0.1～0.3%，铼2.0～3.0%，铪1.0～1.5%，余量为镍；
为便于粉末在激光熔覆过程中的充分熔融，提高激光熔覆层与基体材料的结合力，本发明提供的激光熔覆粉末优选粒度为-170～+325目的球形粉末。
为控更好的制熔覆层的热膨胀系数，本发明提供的激光熔覆粉末优选其他杂质元素单个元素含量不大于0.05%，其他杂质元素总和不超过0.1%。
在本发明提供的激光熔覆粉末中，由于加入了高含量的铝、钽、铼等元素，使用该激光熔覆粉末得到的熔覆层抗腐蚀性能优于DZ125合金，该熔覆层在900 ℃保温100 h的热腐蚀试验中，其增重量为4.0 mg/cm2，而相同条件下DZ125合金的增重量为9.0 mg/cm2，同时该熔覆层的热膨胀系数与DZ125合金叶片材料的热膨胀系数之差小于5%，熔覆层界面无脆性相生成。
具体实施例
实施例1 ，某型航空发动机高压涡轮工作叶片材料为定向凝固镍基高温合金DZ125，用500W功率的激光器进行熔覆修复，粉末采用氩气雾化制备，粉末形貌为球形，粉末的化学成分（重量百分比）：镍：余量，铬：15.0%，钴：12.0%，碳：0.15%，钼：2.1%，钨：3.6%，铝：6.8%，钽：6.7%，镐：0.2%，硼：0.2%，铼：2.5%，铪：1.2%。其他杂质元素为Fe元素，它的含量为0.04%。经过激光熔覆修复后进行力学性能测试，950℃的高温拉伸强度达到800 MPa，修复的叶片经荧光和X光检查无裂纹显示，修复的高压涡轮工作叶片经使用一个发动机寿命，叶尖无掉块等现象发生。
实施例2，某型航空发动机高压涡轮工作叶片材料为定向凝固镍基高温合金DZ125，采用该粉末用500W功率的激光器进行熔覆修复，粉末采用氩气雾化制备，粉末形貌为球形，粉末的化学成分（重量百分比）：镍：余量，铬：15.0%，钴：12.5%，碳：0.15%，钼：2.1%，钨：3.6%，铝：6.9%，钽：6.7%，镐：0.2%，硼：0.2%，铼：2.4%，铪：1.3%。其他杂质元素为Fe元素，它的含量为0.03%。经过激光熔覆修复后进行力学性能测试，950℃的高温拉伸强度达到820 MPa，修复的叶片经荧光和X光检查无裂纹显示，修复的高压涡轮工作叶片经使用一个发动机寿命，叶尖无掉块等现象发生。
Claims (3)
1.一种用于修复定向凝固镍基高温合金叶片的激光熔覆粉末，其特征在于所述激光熔覆粉末按重量百分比由以下化学成分组成：镍，余量，铬15.0～16.0%，钴10.0～13.0%，碳0.1～0.2%，钼2.0～2.3%，钨3.5～3.7%，铝6.5～7.0%，钽6.5～7.0%，镐0.1～0.3%，硼0.1～0.3%，铼2.0～3.0%，铪1.0～1.5%，余量为镍。
2.根据权利要求1所述的激光熔覆粉末，其特征在于，其他杂质元素单个元素含量不大于0.05%，其他杂质元素总和不超过0.1%。
3.根据权利要求1或2所述的激光熔覆粉末，其特征在于，激光熔覆粉末是粒度为-170～+325目的球形粉末。
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