CN103052466A - 用于扩散钎焊组件或重修超级合金部件表面的复合粉末 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合金属粉末，所述复合金属粉末用于扩散钎焊组装由超级合金制成的部件（1，2）或重修由超级合金制成的部件（1，2）的表面，所述复合金属粉末是通过混合超耐热镍合金类型的基体金属的粉末和NiCrB1055类型的扩散钎焊金属粉末而形成。所述复合金属粉末不含硅，包括重量百分比在65%至70%范围内的超耐热镍合金以及重量百分比在30%至35%范围内的NiCrB1055。

Description

用于扩散钎焊组件或重修超级合金部件表面的复合粉末
技术领域
本发明涉及一种用于扩散钎焊组装超级合金部件或重修超级合金部件表面的复合粉末。
背景技术
钎焊是一种通常用于通过填料金属将两个金属部件组装在一起的方法，所述两个金属部件由相同或不同的材料制成，所述填料金属的熔点比两个部件的材料的熔点低很多。使填料金属进入液态，由填料金属对金属部件进行加热，但金属部件仍处于固态。
在通用术语中，扩散钎焊，还被称为瞬态液相连接，是一种用于将两个金属部件组装在一起的操作，这种操作与钎焊类似，但在钎焊中，填料金属和被组装在一起的部件之间的成分差异由扩散热处理逐渐再次吸收。该热处理导致被形成的连接在化学性质上几乎是同质的，并呈现出与被组装在一起的部件的性质相近的性质。从而，扩散钎焊被认为是其中合并了扩散处理的传统钎焊。
当将两个部件组装在一起时，采用化学成分与被组装在一起的部件的化学成分相近的、但熔点较低的填料金属。在扩散钎焊过程中，填料金属熔化并浸润要被组装在一起的部件的表面，然后，填料金属中的添加成分扩散进入所述部件的材料，以等温方式固化填料金属，从而使部件的成分变得与以这种方式形成的钎焊焊珠的成分同质。在扩散钎焊的最后阶段，填料金属与所述部件的材料成为一体，并与所述部件的材料无差别。
如上文所述，这种方法使得可以将多个部件组装在一起，同时使被组装在一起的部件以及它们的连接的机械性能和冶金性能与原始部件的机械性能和冶金性能相媲美。这种方式中所采用的温度还适合于通常用于制造这些部件的超级合金，特别是在航空领域中。
在将两个部件组装在一起时，扩散钎焊的应用特别受到两个部件之间的间隙的限制。如果间隙过大，钎焊所形成的连接的强度就较弱，不能满足所述的技术指标。
从而，这些问题促使本发明申请的申请人开发扩散钎焊方法的改进方法，用于具有毫米量级的较大间隙的应用情况。该扩散钎焊方法具体是本申请人所申请的法国专利FR2511908中的主题，用于将部件组装在一起，并用于修补裂缝或者用于重建在操作中已经磨损或损坏的区域，或者实际上用于改变由镍基超级合金职称的涡轮机喷嘴中的气流部分。
该文献具体说明了扩散钎焊组装超级合金涡轮喷气发动机叶片的复合粉末的用途，该复合粉末由超耐热镍合金类型的基体金属或NK17CDAT的粉末与扩散钎焊金属粉末的混合物组成，所述扩散钎焊金属包括硼、或镍、铬以及硼、或硼以及硅。该文献中给出的一个例子说明了该复合粉末具体包括重量百分比为75%的超耐热镍合金粉末以及重量百分比为25%的NiCrB1055粉末。
超耐热镍合金（NK17CDAT）是一种镍基超级合金，包括重量百分比为16.9%的钴、14.8%的铬、3.87%的铝、3.45%的钛、5.1%的钼以及0.015%的碳。NiCrB1055也是一种镍基超级合金，包括重量百分比为15%的铬和4%的硼。
该方法通过扩散钎焊重修表面的原理与通过扩散钎焊进行组装的原理相似，特别之处在于填料金属是复合粉末形式的，该复合粉末是通过混合成分与被修复部件的成分相近的基体金属粉末和扩散钎焊金属粉末而形成，这种复合粉末还被称为“馅料（fondant）”。
发明内容
本发明的一个目的是改善专利文献FR2511908中公开的复合粉末的性能，特别是钎焊焊接性能和熔化性能。
另外，某些工作在高氧化环境和高温环境的部件，例如涡轮机部件，需要特别的处理，以限制由燃气引起的氧化和腐蚀。
出于该目的，那些已经被修复或通过扩散钎焊组装在一起的部件自身由化学热处理进行涂覆，所述化学热处理是在富铝的环境下进行的。
在表面处理过程中，在钎焊的焊珠上会形成起泡或者结核，然后需要通过昂贵的机械清除操作来去除这些起泡或者结核。
本发明的另一个目的是为该问题提供一种简单、有效而且成本低廉的解决方案。
为了实现这个目的，本发明提供了一种用于扩散钎焊组装超级合金制成的部件或用于重修超级合金制成的部件的表面的复合金属粉末，所述复合金属粉末通过混合超耐热镍合金类型的基体金属的粉末和NiCrB1055类型的扩散钎焊金属粉末形成，所述复合金属粉末的特征在于不含硅，包括重量百分比在65%至70%范围内的超耐热镍合金以及重量百分比在30%至35%范围内的NiCrB1055。
采用本发明的复合金属粉末作为填料金属用于重修部件表面或者将部件组装在一起，在富铝环境中执行的后续处理过程中不会产生起泡或者结核。
研究发现，这种起泡或者结核是由于以下原因为被避免的。
在现有技术中，在后续的表面处理过程中，蒸气形式的铝扩散进入之前在重修表面或组装的过程中所执行的钎焊中，铝蒸气与包含在填料金属中的硅起反应，从而形成低熔点的低共熔化合物。具体地，这些化合物的熔点低于这些部件在表面处理过程中受到的温度，使得这些低共熔化合物熔化，这些低共熔化合物在冷却时形成了上述起泡或者结核。
在处理过程中，在可以形成连续气孔阵列的程度上移除钎焊中的共熔相，由于这些气孔具有开放的孔隙度，该连续阵列导致可以获得非气密性焊接接点，还导致机械强度降低。
具体地，这些低共熔化合物中的一个化合物的熔点位于600℃至700℃范围内（低共熔点为660℃），而这些部件在处理过程中所受到的温度大约为1150℃。
不含硅的复合金属粉末作为填料金属使得可以避免形成那些低熔点的低共熔化合物，从而避免不必要的起泡或者结核。
另外，复合金属粉末的具体成分使得复合金属粉末具有更好的熔化性、更好的钎焊性，并提供了更好的钎焊后的机械性能。
复合金属粉末的成分还使得可以在扩散钎焊期间填充颗粒间的所有空隙，最终形成非常致密的合金。
优选地，复合金属粉末包括重量百分比大约为67.5%的超耐热镍合金以及重量百分比大约32.5%的NiCrB1055。
根据本发明的一个特征，超耐热镍合金粉末以及NiCrB1055粉末的颗粒尺寸位于60μm至70μm范围内，优选量级为63μm。
这使得可以获得均质、致密并具有较小气孔的粉末。粉末越细，颗粒间距越小，从而在扩散钎焊后所获得的合金的密度越大。不过，细粉末还具有特殊的较大的表面积，从而增大了粉末被污染的风险，这可能会导致扩散钎焊后的缺陷。
63μm量级的颗粒尺寸是良好的密度以及产生的合金中的外表缺陷之间的最好折中方案。
本发明还提供了采用上述特定类型的复合金属粉末用于扩散钎焊组件或重修超级合金部件的表面。
有利地，超级合金部件是镍基合金的。
可以将复合金属粉末加热至1180℃至1200℃范围内的温度，并保持在5分钟至30分钟范围内。
以优选的方式，超级合金部件是涡轮发动机的部件，例如，用于低压涡轮机或者高压涡轮机的镍基喷嘴扇形体，通过渗铝工艺对这些部件进行保护。
附图说明
通过阅读下文借助非限定性实施例并参照附图给出的说明，可以更好地理解本发明，本发明的其他优点也会显现，其中：
图1至图3是示出了借助本发明的复合粉末所获得的钎焊区域的不同的连续物理化学状态的示意图。
具体实施方式
图1至图3示出了涡轮喷气发动机的两个部件1和2，这两个部件通过扩散钎焊组装在一起，例如，部件1安装在高压或低压涡轮机的喷嘴扇形体2上，例如，被安装的部件1是冷却套、封闭回路的板、或进气套管。部件1和部件2由镍基超耐热合金制成，借助复合粉末组装在一起，该复合粉末是混合超耐热镍合金类型基体金属粉末3和NiCrB1055类型扩散钎焊金属的粉末4形成的。该复合粉末不包含硅，包含重量百分比在65%至70%的超耐热镍合金和重量百分比在30%至35%的NiCrB1055。
该复合粉末优选具有重量百分比为67.5%的超耐热镍合金和重量百分比为32.5%的NiCrB1055。超耐热镍合金粉末和NiCrB1055粉末的颗粒尺寸在60μm至70μm的范围内，优选为63μm左右。
以去除被污染表面层的方式对要被组装在一起的部件1和部件2的表面进行制备。在专利文献EP0974418中对这种制备进行了详细说明。
然后，在要被组装在一起的部件1和部件2的两个表面之间沉积复合粉末，然后对复合粉末进行加热。
具体来讲，扩散钎焊可以包括在大约3个小时内将温度升至1200℃，然后进行第一次暂停，在1200℃暂停12分钟，之后进行第二次暂停，在1150℃暂停2个小时，然后在大约2个小时内将温度从1150℃降低至20℃。
在扩散钎焊期间，扩散钎焊粉末4的NiCrB1055颗粒首先熔化。产生的液相5由于毛细管作用而保持，该液相浸润部件1和部件2的表面以及基体粉末的超耐热镍基合金颗粒3的表面，如图2所示。
在冷却后，在部件1和部件2之间形成固体中间层6，该层具有同质的金相结构，并扩散键合至部件1和部件2的表面（见图3）。

Claims (7)

1.一种复合金属粉末，所述复合金属粉末用于扩散钎焊组装由超级合金制成的部件（1，2）或用于重修由超级合金制成的部件（1，2）的表面的复合金属粉末，所述复合金属粉末是通过混合超耐热镍合金类型的基体金属的粉末和NiCrB1055类型的扩散钎焊金属粉末形成，其特征在于：
所述复合金属粉末不含硅，包括重量百分比在65%至70%范围内的超耐热镍合金以及重量百分比在30%至35%范围内的NiCrB1055。
2.根据权利要求1所述的复合金属粉末，其特征在于：
其包括重量百分比为67.5%的超耐热镍合金以及重量百分比为32.5%的NiCrB1055。
3.根据权利要求1或2所述的复合金属粉末，其特征在于：
超耐热镍合金粉末的颗粒尺寸和NiCrB1055粉末的颗粒尺寸位于60μm至70μm范围内，优选量级为63μm。
4.根据权利要求1至3中的任何一项权利要求所述的复合金属粉末的用途，其用于扩散钎焊组装由超级合金制成的部件（1，2）或用于重修由超级合金制成的部件（1，2）的表面。
5.根据权利要求4所述的复合金属粉末的用途，其特征在于：
所述由超级合金制成的部件（1，2）是镍基的。
6.根据权利要求4或5所述的复合金属粉末的用途，其特征在于：
所述复合金属粉末被加热至1180℃至1200℃范围内的温度，并保持在5分钟至30分钟范围内。
7.根据权利要求1至6中所述的复合金属粉末的用途，其特征在于：
所述由超级合金制成的部件（1，2）是涡轮发动机的部件，例如，低压涡轮机或高压涡轮机的安装在喷嘴扇形体上并通过渗铝处理进行保护的镍基部件。
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