CN102653001A - 用镍基合金制造元件的方法以及由此制造的元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用镍基合金制造元件的方法以及涉及由此制造的元件。特别是，相应的元件具有与常规解决方法比较而言改善的机械性质并且可以大多数不同形状的形式制造。在制造期间，由镍或镍含量为至少20％重量的镍基合金制造的基底核的表面用粘合剂以及金属粉末进行涂层，所述金属粉末中除其他的合金形成元素之外还包括至少20％重量的镍。随后，进行分级热处理，其中首先排出粘合剂，此后进行金属粉末的烧结，导致镍基底核熔合和/或形成由镍基合金制造的固体表面涂层。

Description

用镍基合金制造元件的方法以及由此制造的元件

本申请是申请日为2004年9月29日，国家申请号为200480024494.1，国际申请号为PCT/EP2004/010894，发明名称为“用镍基合金制造元件的方法以及由此制造的元件”的专利申请的分案申请。

本发明涉及用镍基合金制造元件的方法以及用此方法制造的元件。采用这种解决方法，使制造大多数具有各种立体几何的不同形状的元件成为可能。由此制造的元件也可为多孔结构或可包含这样的多孔结构。

用本身已知的镍基合金，当然可以制造不同的元件，其中这可主要通过已知的成形方法实现。因此，这类元件允许制造为浇铸零件，所述零件随后看情况再进行冷加工或热加工。

然而，特别是在切割成形处理期间，由于这类镍基合金的机械性质而出现问题。

另外，已经提出通过烧结方法改性镍制造的元件，其中固溶体的形成或金属间相(特别是NiAl)的形成应该通过烧结完成以便实现这类元件的性质的改善。然而，特别是在这种形式中，可能只不过改善了这类元件的热性质，结果所述机械性质没有在要求的形式中得到改善。

因此，本发明的目的是预定方法，通过所述方法可用包含改善的机械性质的镍基合金制造大多数不同形状的元件。

按照本发明，用含有权利要求1的特征的方法解决了这个目的。由此制造的元件具有权利要求17和18中所述的特征。

本发明的有利的实施方案和改善可通过从属权利要求中所述的特征实现。

为用镍基合金制造元件，实施本发明的步骤从而使由纯镍或镍基合金组成的基底核至少在一些区域提供有表面涂层。所述表面涂层由粘合剂以及金属粉末形成。本发明使用的金属粉末包括另外的合金形成元素(以下仍将涉及)，除了至少20％重量的含量的镍之外。

镍基合金组成的基底核应该包括至少20％重量的镍。

本发明采用的金属粉末可为相应的镍基合金的粉末，也可为相应合金形成元素与镍的粉末混合物，所述混合物优选经高能研磨。

按照本发明，具有表面涂层的基底核随后经分级热处理。在此情况下，在第一步中将所述粘合剂从表面涂层中排出。在排出粘合剂后完成金属粉末的烧结。在烧结期间，形成镍基底核的烧结熔融和/或形成由镍基合金组成的固体表面涂层。

镍基合金制造的基底核用作半成品的情况下，包含在所述金属粉末中的镍的含量应该小于基底核材料中的镍的含量。

然而，所述热处理，至少这类烧结应该在1000℃以上的温度和还原性或惰性的气氛下，但优选氢气气氛下进行。

可以使用实质上已经具有最后制造的所述元件的几何形状的基底核，以使它们完全避免最后的成形再加工或仅需要最少的形状的再加工成形。

然而，采用本发明的解决方法，也可采用多孔半成品形式的基底核，该半成品优选具有也可称为泡沫体的多孔结构。

特别是在这类多孔泡沫体结构的制造中，表面涂层应采用由粘合剂、金属粉末和另外的溶剂制造的悬浮体/分散体形成，看情况而定，或采用由液体制造的悬浮体/分散体形成。

当然，也可能将这类悬浮体/分散体沉积于非多孔基底核上。

允许这类具有多孔结构的基底核完全浸入所述悬浮体/分散体中，随后压缩这类装载了悬浮体/分散体的基底核以便从所述孔中移除所述悬浮体/分散体以仅使网保持湿润。

此后，可进行分级热处理。

然而，在制造多孔泡沫体形式的元件期间，所述步骤也可为采用通过溶剂具有适当粘度的粘合剂用于湿润所述基底核的多孔结构的表面(看情况而定)，其中为从所述孔中移除过量的粘合剂也可进行灌浆。

随后，使所述相应金属粉末沉积于湿润的表面，其中通过振动实现所述金属粉末更加均匀的分布。在该步骤后，再进行分级热处理。

在形成表面涂层后和分级热处理前，可能使基底核变形，优选这类具有多孔结构的基底核。

因此，例如在确定的最小弯曲半径柔量下可进行弯曲。因此制造空心圆柱体形状的元件或更确切地说制造螺旋状的元件是可能的。

然而，用本发明的解决方法也可能便利地制造复合构件。在此情况下，所述步骤可为使基底核的至少一个表面区域提供有前述表面涂层。

然后使该表面区域与至少另一个基底核接触，在此情况下可有利地使用所述粘合剂的粘合作用。此后进行热处理，在此期间相应基底核的粘合力型连接形成封闭。

然而，也可能使两个或几个基底核的表面区域提供有表面涂层，所述基底核连结在一起通过粘合力形成封闭，并使那些表面区域进行接触，然后采用热处理连结通过粘合力形成封闭。

照这样，可制造具有复杂几何形状(例如包括底切或空腔)的复合构件，而不要求随后进行成形。

然而，也可能制造由具有致密结构的基底核和具有多孔结构的基底核构成的复合构件。

本发明采用的金属粉末除含有20％重量的最小含量的镍之外，也可优选包含至少50％重量的碳、钼、铁、钴、铌、钛、铝、硼、锆石、锰、硅和/或镧。

然而，除了所述相应的粉末组合物之外，本发明制造的元件的性质也可因以不同形式在基底核确定的表面区域形成的表面涂层而变化。

这涉及到所述表面涂层的相应厚度，一方面，也可通过以不同形式重复应用的方式进行表面涂层，另一方面，也可提供具有不同金属粉末含量、金属粉末组合物和金属粉末粒度的局部不同稠度的表面涂层。

结果，本发明制造的这类元件上可得到局部不同性质。

采用本发明的解决方法，可能制造包含起始于表面的渐变合金组成的元件。因此，例如可能通过使用纯镍制造的基底核制造在烧结后仍具有纯镍核心区域的元件，其中另外的合金元素的含量连续地向相应的表面变化/增加。

对前述复合构件的制造，所述渐变合金组合物也可在连接区域形成，所述连接区域通过由粘合力型连接形成的闭合而形成。

与仅用镍制造的元件相比，按照本发明制造的元件具有更高的延展性、蠕变阻力和强度，其中这种情况也适用于与镍铝化物比较。

与镍元件相比氧化趋势也可降低。

所述元件达到了高达1000℃的热稳定性，其中特别是本发明制造的具有多孔结构的元件呈现出其应用的延伸的可能性，例如排除使用镍铝化物泡沫(由于其脆性)。

特别是本发明制造的元件可在更高的动力荷载下使用。

本发明在以下通过实施例的方式解释。

实施方案1

将由镍制造的具有300mm*150mm*1.9mm的尺寸并且具有94％的孔隙率的基底核浸入50ml体积的1％聚乙烯吡咯烷酮的水溶液中。随后，在吸收垫上进行挤压以便从所述孔的空腔中移除粘合剂，以仅使所述多孔结构的网得到湿润。

此后，将用粘合剂湿润的所述多孔基底核固定在振动装置上并散播金属粉末。振动的结果，使所述金属粉末均匀地分布在所述用粘合剂湿润的基底核的表面，其中仍维持所述结构的表面多孔性。

所述金属粉末包含0.1％重量的碳、22.4％重量的铬、10.0％重量的钼、4.8％重量的铁、0.3％重量的钴、3.8％重量的铌和58.6％重量的镍的组合物。这种金属粉末市售可得，商品名为“Inconel 625”。

将用金属粉末和粘合剂进行表面涂层的基底核轧制为圆柱体。在此情况下，借助于所述粘合剂确保金属粉末的粘结。

此后，进行分级热处理，其中第一步在水气氛下于烘箱中进行。增加温度，同时维持5K/分钟的加热速率。在大约300℃开始排除粘合剂并且在600℃完成。为了确保粘合剂完全释放应该坚持大约30分钟的滞留时间。

随后，在1150℃至1250℃的温度进行烧结，保持大约30分钟的滞留时间。

由此制造的元件由镍基合金组成，其中在其表面的组成至少大约等同于所应用的金属粉末的组成。孔隙率等于91％。在空气中，该元件在高达1000℃的温度下具有抗氧化性，也包括高强度、蠕变阻力和韧性。在烧结后，考虑到具体的最小弯曲半径，多孔泡沫体结构的有限变形性还是有可能的。

实施方案2

采用200mm*200mm*0.15mm尺寸的纯镍波纹板作为基底核。

在18毫升6％聚乙烯吡咯烷酮的水溶液和金属粉末中进行该基底核的表面涂层，所述金属粉末的组成与在实施方案1中使用的金属粉末相同。

在剧烈搅拌后，由该金属粉末和粘合剂制造的悬浮体借助于压缩空气雾化，从两侧喷在该基底核上。该表面涂层包含150μm的厚度。干燥大约1分钟后，该层包含足够大的湿强度以至可进行类似于实施方案1的分级热处理。

最后的元件含有镍基合金，其中在其表面的合金组成与所用的金属粉末的合金组成大致相同。在空气中，它在高达1000℃的温度下具有抗氧化性。与纯镍制造的基底核相比，高强度、蠕变阻力和韧性增加。

Claims (18)

1.一种用镍基合金制造元件的方法，

其中用所述粘合剂以及金属粉末沉积于由镍或镍含量为至少20％重量的镍基合金制造的基底核上形成表面涂层；

其中所述金属粉末中除其他合金形成元素外还包括至少20％重量的镍；和

所述经涂覆的基底核经分级热处理，其中

首先排出所述粘合剂，此后烧结所述金属粉末，在此期间所述镍基底核熔合和/或形成由所述镍基合金形成的固体表面涂层。

2.权利要求1的方法，所述方法特征在于使用金属粉末，其中所述镍的含量小于由所述镍基合金形成的基底核中所述镍的含量。

3.权利要求1或权利要求2的方法，所述方法特征在于使用金属粉末，其中除所述镍外还包括碳、铬、钼、铁、钴、铌、钛、铝、硼、锆石、锰、硅和/或镧。

4.前述权利要求中任一项的方法，所述方法特征在于使用多孔泡沫体作为所述基底核。

5.权利要求4的方法，所述方法特征在于所述泡沫体涂有由所述粘合剂和所述金属粉末形成的悬浮体/分散体，随后进行所述分级热处理。

6.权利要求5的方法，所述方法特征在于所述经涂覆的泡沫体经挤压以便从所述泡沫体的孔中除去所述悬浮体/分散体。

7.权利要求4的方法，所述方法特征在于所述泡沫体涂有所述粘合剂，所述经涂覆的泡沫体经挤压以便从所述泡沫体的孔中除去所述粘合剂，所述金属粉末沉积在用所述粘合剂湿润的所述泡沫体上，随后进行所述分级热处理。

8.权利要求7的方法，所述方法特征在于在所述金属粉末沉积期间和/或之后振动所述泡沫体。

9.权利要求4至8中任一项的方法，所述方法特征在于在所述热处理之前使所述经涂覆的基底核或所述泡沫体变形。

10.前述权利要求中任一项的方法，所述方法特征在于至少一个所述基底核的表面涂有悬浮体/分散体，将所述经涂覆的表面与至少一个所述第二个基底核的表面接触，通过所述热处理形成所述基底核的粘合力型连接。

11.权利要求7的方法，所述方法特征在于所述第二个或另一个基底核的所述相应表面也经涂覆。

12.前述权利要求中任一项的方法，所述方法特征在于在所述基底核的所述表面进行多层涂覆。

13.前述权利要求中任一项的方法，所述方法特征在于所述基底核的各区域以不同形式涂覆。

14.权利要求9或权利要求10的方法，所述方法特征在于所述涂覆用不同稠度的所述悬浮体/分散体和/或以不同层厚度进行。

15.前述权利要求中任一项的方法，所述方法特征在于使用含有已经高能研磨的所述镍和其他合金形成元素粉末的粉末混合物。

16.前述权利要求中任一项的方法，所述方法特征在于烧结在1000℃以上的温度下于还原性或惰性环境中进行。

17.采用权利要求1至16中任一项的方法制造的元件，所述元件特征在于由所述表面开始形成渐变合金组合物。

18.采用权利要求1至16中任一项的方法制造的元件，所述元件特征在于至少在通过粘合力型连接形成的封闭的连接区域内形成渐变合金组合物。