阅读说明：本技术 一种镍铬铝钇硅合金靶材的制备方法 (Preparation method of nickel-chromium-aluminum-yttrium-silicon alloy target material ) 是由 黄宇彬 朱刘 童培云 何坤鹏 钱增杰 于 2020-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明揭示了一种镍铬铝钇硅合金靶材的制备方法,包括以下步骤：将镍和铬混合一同置于第一真空熔炼炉内的坩埚里熔炼得到镍铬中间合金熔液；将铝和钇混合一同置于第二真空熔炼炉内的坩埚里熔炼得到铝钇中间合金熔液；将镍铬中间合金熔液、铝钇中间合金熔液和硅混合一同置于第三真空熔炼炉内的坩埚里熔炼得到镍铬铝钇硅合金熔液；将镍铬铝钇硅合金熔融液体置于石墨模具中进行离心浇铸后得到镍铬铝钇硅合金靶材铸锭；将镍铬铝钇硅合金靶材铸锭依次进行退火、去氧化、机加工后,得到镍铬铝钇硅合金靶材。本发明提供的一种镍铬铝钇硅合金靶材的制备方法,采用离心浇铸,能有效解决现有技术使用重力浇铸制合金中存在大量的缩孔和疏松等缺陷等技术问题。(The invention discloses a preparation method of a nickel-chromium-aluminum-yttrium-silicon alloy target material, which comprises the following steps of: mixing nickel and chromium, putting the mixture into a crucible in a first vacuum smelting furnace, and smelting to obtain nickel-chromium intermediate alloy melt; mixing aluminum and yttrium, putting the mixture into a crucible in a second vacuum melting furnace, and melting to obtain aluminum-yttrium intermediate alloy melt; mixing the nickel-chromium intermediate alloy melt, the aluminum-yttrium intermediate alloy melt and silicon, putting the mixture into a crucible in a third vacuum smelting furnace, and smelting to obtain nickel-chromium aluminum-yttrium-silicon alloy melt; placing the nickel-chromium-aluminum-yttrium-silicon alloy molten liquid in a graphite mold for centrifugal casting to obtain a nickel-chromium-aluminum-yttrium-silicon alloy target cast ingot; and sequentially annealing, deoxidizing and machining the nickel-chromium-aluminum-yttrium-silicon alloy target ingot to obtain the nickel-chromium-aluminum-yttrium-silicon alloy target. The preparation method of the nickel-chromium-aluminum-yttrium-silicon alloy target material provided by the invention adopts centrifugal casting, and can effectively solve the technical problems of a large amount of shrinkage cavities, looseness and the like in the gravity casting alloy preparation in the prior art.)

一种镍铬铝钇硅合金靶材的制备方法

技术领域

本发明涉及合金靶材制备技术领域，尤其涉及一种镍铬铝钇硅合金靶材的制备方法。

背景技术

燃气轮机作为一种动力机械，广泛用于航空、发电、原油和天然气输送、交通运输以及冶金，化工等部门。燃气轮机叶片在服役过程中遭受高温氧化和热腐蚀破坏，为提高叶片使用寿命，保证燃气轮机的安全稳定运行，采用防护性涂层是目前最有效的办法。镍铬铝钇硅为常见的高温防护涂层，与基体具有很好的粘附性和较低的互扩散性，而且有很好的抗高温氧化，抗热腐蚀性能，以及高的韧性和抗热疲劳强度。镍铬铝钇硅合金靶材广泛用于航空等各类燃气轮机热端部件，如涡轮机工作叶片、导向热片、燃烧室等部件，通过多弧离子镀机将镍铬铝钇硅合金靶材镀在涡轮机工作叶片、导向热片、燃烧室等部件上，有效延长涡轮机工作叶片、导向热片、燃烧室等部件的使用寿命。近年来，随着我国航空事业发展，镍铬铝钇硅合金靶材的需求量增大，同时具有很重要的战略意义。

镍铬铝钇硅防护涂层是其合金靶材通过多弧离子镀、电子束物理气相沉积、溅射等喷涂方法，基体上加很高的负偏压，利用气体放电使气体或被蒸发的物质部分离化，在气体离子或者被蒸发物质离子轰击作用的同时把镍铬铝钇硅合金靶材的蒸发物质或者反应物沉积在基片上。所以，镍铬铝钇硅合金靶材的制备和质量保证是镍铬铝钇硅防护涂层使用的基础，是基片上镍铬铝钇硅防护涂层稳定性的有力保障。镍铬铝钇硅合金靶材的制备通常是采用真空熔炼和铸造技术，但是在制备过程中生产效率较低。

且Ni、Cr、Al、Y、Si等各元素密度和熔点差异非常大，所以要制备组分均匀的合金十分困难，现有技术在制备镍铬铝钇硅合金过程中使用重力浇铸成型的镍铬铝钇硅合金靶材组分不均匀，而且成本过高，合金铸锭中存在大量的缩孔和疏松等缺陷，另外该合金熔炼热膨胀系数大、缩孔十分深，使用重力浇铸成型将会严重影响材料浇铸成型。现有技术制备镍铬铝钇硅合金仍然存在缺陷，合金铸锭中存在大量的缩孔和疏松等缺陷，严重制约着镍铬铝钇硅防护涂层的使用和发展，严重制约着镍铬铝钇硅防护涂层的使用和发展。

鉴于现有技术的不足，一种能有效解决合金靶材组分不均匀且成本过高的镍铬铝钇硅合金靶材制备方法是本行业内急需的。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，而提供一种镍铬铝钇硅合金靶材的制备方法。

为实现前述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明提供了一种镍铬铝钇硅合金靶材的制备方法，包括以下步骤：

将镍和铬混合一同置于第一真空熔炼炉内的坩埚里熔炼得到镍铬中间合金熔液；将铝和钇混合一同置于第二真空熔炼炉内的坩埚里熔炼得到铝钇中间合金熔液；将所述镍铬中间合金熔液、铝钇中间合金熔液和硅混合一同置于第三真空熔炼炉内的坩埚里熔炼得到镍铬铝钇硅合金熔液；将镍铬铝钇硅合金熔融液体置于石墨模具中进行离心浇铸后得到镍铬铝钇硅合金靶材铸锭；将镍铬铝钇硅合金靶材铸锭依次进行退火、去氧化、机加工后，得到镍铬铝钇硅合金靶材。

作为本发明的进一步改进，所述步骤将镍和铬混合一同置于真空度熔炼炉内的坩埚里熔炼得到镍铬中间合金熔液中，镍和铬混合的质量比为3：1至5：1。

作为本发明的进一步改进，所述步骤将镍和铬混合一同置于真空度熔炼炉内的坩埚里熔炼得到镍铬中间合金熔液中，熔炼加热的温度为1700～1750℃。

作为本发明的进一步改进，所述步骤将铝和钇混合一同置于真空熔炼炉内的坩埚里熔炼得到铝钇中间合金熔液中，铝和钇混合的质量比为10：1至20：1。

作为本发明的进一步改进，所述步骤将铝和钇混合一同置于真空熔炼炉内的坩埚里熔炼得到铝钇中间合金熔液中，熔炼加热的温度为800～1200℃。

作为本发明的进一步改进，所述步骤将所述镍铬中间合金熔液、铝钇中间合金熔液和硅一同置于真空熔炼炉内的坩埚里熔炼得到镍铬铝钇硅合金熔融液体中，镍铬中间合金熔液、铝钇中间合金熔液和硅混合的质量比为6：1：0.02至6.9：1：0.06。

作为本发明的进一步改进，所述步骤将所述镍铬中间合金熔液、铝钇中间合金熔液和硅一同置于真空熔炼炉内的坩埚里熔炼得到镍铬铝钇硅合金熔融液体中，熔炼加热的温度为1550～1700℃。

作为本发明的进一步改进，所述离心浇铸过程中保持石墨模具沿其自身轴心旋转40～60圈/分钟，并施加2000～4000次/分钟的振动，使熔融液体在旋转的模具中缓慢冷却成型。

作为本发明的进一步改进，所述坩埚的材料为氧化镁、氧化铝或氧化锆中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述去氧化与机加工之间还包括将镍铬铝钇硅合金进行水浸式超声波扫描的步骤。

本发明提供的一种镍铬铝钇硅合金靶材的制备方法，采用离心浇铸，能有效解决现有技术使用重力浇铸制合金中存在大量的缩孔和疏松等缺陷等技术问题。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明供了一种镍铬铝钇硅合金靶材的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

将镍和铬混合一同置于第一真空熔炼炉内的坩埚里熔炼得到镍铬中间合金熔液；将铝和钇混合一同置于第二真空熔炼炉内的坩埚里熔炼得到铝钇中间合金熔液；将所述镍铬中间合金熔液、铝钇中间合金熔液和硅混合一同置于第三真空熔炼炉内的坩埚里熔炼得到镍铬铝钇硅合金熔液。

本实施例中，根据镍铬铝钇硅5种金属元素之间的熔点与密度差异，为避免熔炼不完全或者组分偏析，采用了分步熔炼的方式进行熔炼。

先将混合的质量比为3：1至5：1的镍和铬混合，一同置于真空度为(6-8)×10^-2Pa的熔炼炉内的坩埚里熔炼，使坩埚内溶液温度升至1700～1750℃，保温20～40min，得到镍铬中间合金熔液，得到的镍铬中间合金熔液的密度为7～8g/cm³。

然后将混合的质量比为10：1至20：1的铝和钇混合一同置于真空度为(6-8)×10^{- 2}Pa的熔炼炉内的坩埚里熔炼，使坩埚内溶液温度升至800～1200℃，保温30～40min，得到铝钇中间合金熔液，得到的铝钇中间合金熔液的密度为2～3g/cm³。

最后将混合的质量比为6：1：0.02至6.9：1：0.06的镍铬中间合金熔液、铝钇中间合金熔液和硅一同置于真空为(6-8)×10^-2Pa的熔炼炉内的坩埚里熔炼，使坩埚内溶液温度升至1550～1700℃，保温20～40min，得到镍铬铝钇硅合金熔融液体，得到的镍铬铝钇硅合金熔融液体组分均匀，其密度为7～7.19g/cm³。

将所述镍铬铝钇硅合金熔融液体置于石墨模具中进行离心浇铸后得到镍铬铝钇硅合金靶材铸锭。

本实施例中，离心浇铸过程中保持石墨模具沿其自身轴心旋转40～60圈/分钟，并施加2000～4000次/分钟的振动，使熔融液体在旋转的模具中缓慢冷却成型，离心浇铸成型利用了离心力使熔融液体紧收，施加振动可以将熔融液体中的气体排出，避免传统的重力浇铸过程中存在大量的缩孔和疏松等缺陷。

将所述镍铬铝钇硅合金靶材铸锭依次进行退火、去氧化、机加工后，得到镍铬铝钇硅合金靶材。

本实施例中，将熔炼好的镍铬铝钇硅合金置于加热炉内施加高温进行退火热处理，退火的过程中，升高温度至950～1050℃后保温4h，在空气环境下冷却至室温，退火热处理能有效促使大晶粒破碎，小晶粒重新生长，达到晶粒均匀化，并且能降低合金硬度增加机加工性能。

镍铬铝钇硅合金氧化层中存在氧化钇，硬度可达HV640以上，去除该氧化层后进行水浸式超声波扫描，确保合金内部没有气孔和夹渣等缺陷。

机加工后得到镍铬铝钇硅合金靶材的成分如下：Cr含量为10.0～20.0wt%，Al含量为10.0～20.0wt%，Y含量为0.1～2.0wt%，Si含量为0.1～2.0wt%，其余为Ni。

为了进一步了解本发明，下面结合具体实施例对本发明方法和效果做进一步详细的说明。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。

实施例1。

(1)将混合的质量比为3：1的镍和铬一同置于真空度为6×10^-2Pa的熔炼炉内的氧化镁坩埚里熔炼，待坩埚内熔液温度升至1700℃后保温20min，得到镍铬中间合金熔液；

(2)将混合的质量比为10：1的铝和钇一同置于真空度为6×10^-2Pa的熔炼炉内的氧化镁坩埚里熔炼，待坩埚内熔液温度升至800℃后保温30min，得到铝钇中间合金熔液；

(3)将混合的质量比为6：1：0.02的镍铬中间合金熔液、铝钇中间合金熔液和硅一同置于真空度为6×10^-2Pa的熔炼炉内的氧化镁坩埚里熔炼，待坩埚内熔液温度升至1550℃后保温20min，得到镍铬铝钇硅合金熔融液体；

(4)将镍铬铝钇硅合金熔融液体置于置于石墨模具中进行离心浇铸，离心浇铸过程中保持石墨模具沿其自身轴心旋转40圈/分钟，并施加2000次/分钟的振动，得到镍铬铝钇硅合金靶材铸锭；

(5)将镍铬铝钇硅合金靶材铸锭依次进行退火、去氧化、机加工后，得到镍铬铝钇硅合金靶材。

实施例2。

(1)将混合的质量比为5：1的镍和铬一同置于真空度为8×10^-2Pa的熔炼炉内的氧化镁坩埚里熔炼，待坩埚内熔液温度升至1750℃后保温30min，得到镍铬中间合金熔液；

(2)将混合的质量比为20：1的铝和钇一同置于真空度为8×10^-2Pa的熔炼炉内的氧化镁坩埚里熔炼，待坩埚内熔液温度升至1200℃后保温20min，得到铝钇中间合金熔液；

(3)将混合的质量比为6.9：1：0.06的镍铬中间合金熔液、铝钇中间合金熔液和硅一同置于真空度为8×10^-2Pa的熔炼炉内的氧化镁坩埚里熔炼，待坩埚内熔液温度升至1700℃后保温30min，得到镍铬铝钇硅合金熔融液体；

(4)将镍铬铝钇硅合金熔融液体置于置于石墨模具中进行离心浇铸，离心浇铸过程中保持石墨模具沿其自身轴心旋转60圈/分钟，并施加4000次/分钟的振动，得到镍铬铝钇硅合金靶材铸锭；

(5)将镍铬铝钇硅合金靶材铸锭依次进行退火、去氧化、机加工后，得到镍铬铝钇硅合金靶材。

实施例3。

(1)将混合的质量比为4：1的镍和铬一同置于真空度为7×10^-2Pa的熔炼炉内的氧化镁坩埚里熔炼，待坩埚内熔液温度升至1720℃后保温40min，得到镍铬中间合金熔液；

(2)将混合的质量比为15：1的铝和钇一同置于真空度为7×10^-2Pa的熔炼炉内的氧化镁坩埚里熔炼，待坩埚内熔液温度升至1000℃后保温30min，得到铝钇中间合金熔液；

(3)将混合的质量比为6.5：1：0.04的镍铬中间合金熔液、铝钇中间合金熔液和硅一同置于真空度为7×10^-2Pa的熔炼炉内的氧化镁坩埚里熔炼，待坩埚内熔液温度升至1650℃后保温40min，得到镍铬铝钇硅合金熔融液体；

(4)将镍铬铝钇硅合金熔融液体置于置于石墨模具中进行离心浇铸，离心浇铸过程中保持石墨模具沿其自身轴心旋转50圈/分钟，并施加3000次/分钟的振动，得到镍铬铝钇硅合金靶材铸锭；

(5)将镍铬铝钇硅合金靶材铸锭依次进行退火、去氧化、机加工后，得到镍铬铝钇硅合金靶材。

本发明提供的一种镍铬铝钇硅合金靶材的制备方法，采用离心浇铸，能有效解决现有技术使用重力浇铸制合金中存在大量的缩孔和疏松等缺陷等技术问题。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。