CN113857715A - 一种Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用预成型焊料块体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用预成型焊料块体及其制备方法。所述预成型焊料块体的组成包括Hastelloy X母材合金和活性镍基钎料；所述预成型焊料块体中活性镍基钎料的质量含量为36%～42%。

Description

一种Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用预成型焊料 块体及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种针对HastelloyX合金活性扩散焊修复材料及其制备方法和应用，具体涉及一种HastelloyX高温合金部件服役缺陷修复用预成型焊料块体及其制备方法和应用，属于镍基高温合金修复技术领域。

背景技术

HastelloyX合金作为一种典型的镍基固溶强化合金，具有良好的抗氧化性、耐腐蚀性、冷热加工成型性和焊接性。该合金在900℃以下具有中等的持久强度和蠕变强度，当工作温度达到1080℃时可短时使用，适用于制造航空发动机燃烧室部件及其它高温部件。然而这些热端部件长期服役在苛刻的高温和应力条件下，由于热疲劳，蠕变等原因容易产生裂纹、磨损等缺陷，如果不对这些缺陷位置进行修复，会大大降低发动机的工作效率，造成二次损伤，最后致使零件报废。成功的修复技术可以有效地使热端部件的寿命延长一倍，而成本仅为更换部件的10％到20％。因此，相对于昂贵的制造成本，通过先进的焊接修复技术对损伤位置进行修复，恢复其原始尺寸，延长零件的使用寿命可以获得可观的经济效益。

目前针对HasteloyX合金裂纹等损伤的修复材料主要为标准镍基钎料，如BNi2、BNi5等；或在标准镍基钎料中添加一定量母材合金粉的混合物粉末。标准镍基钎料主要应用于窄间隙(＜250μm)的钎焊修复和瞬时液相连接修复中。而标准镍基钎料与母材合金粉末的混合物粉末主要应用在宽间隙的活性扩散焊修复中。韩冷等人(注：韩冷.GH99高温合金TLP连接工艺与组织性能研究[D].哈尔滨工业大学,2010)采用BNi82CrSiB作为中间层对GH99进行瞬时液相扩散连接。在焊接温度为1170℃、焊接间隙为50μm时，选择不同的保温时间。结果表明，保温时间的延长有利于降熔元素的充分扩散，形成均匀一致的焊接接头。另外抗剪强度随保温时间增加而增加，从40min时的320MPa增加到120min时的420MPa。C.Y.Su等人(Mater.Eng.Performance,1997,6(5):619–627.)使用IN-718分别与 DF4B和Nicrobraz150钎料粉末混合与对IN-718进行活性扩散焊研究。结果表明，使用 DF4B钎料时的接头室温和高温剪切强度均高于Nicrobraz150钎料。其最高的室温剪切强度可以达到母材的85％。而980℃时的剪切强度为372MPa，基本接近母材的强度。

但是上述修复材料仍存在一定的问题，单独的标准镍基修复材料虽然可以在一定工艺条件下获得均匀的接头组织，但是其应用受限于间隙的宽度。当间隙较宽时(＞250μm)，在接头中往往不可避免的出现低熔点共晶组织，降低接头性能。而母材粉末和标准镍基修复材料的混合物在修复后的组织中常出现孔隙缺陷，且容易出现成分偏析，因而也在一定程度上限制了修复范围。

发明内容

为了克服上述修复材料的缺点与不足，本发明的首要目的在于制备一种针对Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体及其制备方法和应用。

第一方面，本发明提供了一种Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体，所述预成型焊料块体的组成包括Haselloy X母材合金和活性镍基钎料；所述预成型焊料块体中活性镍基钎料的质量含量为36％～42％。

较佳的，所述Hastelloy X母材合金粉末的组成为：Cr 20.3～20.5wt％、Fe 17.0～ 20.0wt％、Mo 8-10wt％、Co 4.6～6.4wt％、W 0.2～1.0wt％、Ni余量。

较佳的，所述活性镍基钎料粉末的组成为：Ni 64.5～74.7wt％、Cr 14.6～19.6wt％、 Co 7.5～9.8wt％、Al 1.2～1.9wt％、B 2.6～4.2wt％。

较佳的，所述Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体的致密度＞90％

第二方面，本发明提供了一种Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体，将Hastelloy X母材合金粉末、活性镍基钎料粉末和粘结剂混合后装入预成型模具中压制成型，然后在真空气氛中进行脱粘和烧结致密化后得到。

较佳的，所述粘结剂为聚乙二醇、聚乙烯缩丁醛、聚乙烯醇、乙基纤维素和丙烯酸酯中至少一种，优选为平均分子量为600的液态聚乙二醇；所述粘结剂占Hastelloy X母材合金粉末和活性镍基钎料粉末总质量的1％～5％。

较佳的，所述Hastelloy X母材合金粉末的粒径范围为20～50μm；所述的活性镍基钎料粉末为单质元素形式加入，粒径范围为1～10μm。

较佳的，所述压制成型的方式为干压成型或/和冷等静压成型；所述干压成型的压力为50～80MPa，所述冷等静压成型的压力为250～300MPa。

较佳的，所述真空气氛的真空度≤10^-2Pa；所述脱粘的温度为300～700℃，时间为30～60分钟。

较佳的，所述烧结致密化的温度为1100℃～1170℃，时间为30分钟～120分钟。

第三方面，本发明提供了一种Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体在修复Hastelloy X高温合金部件服役缺陷中的应用，将Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体置于Hastelloy X高温合金部件的损伤位置或其周围，通过夹具固定之后，在1150～1250℃下保温0.5～8小时，实现活性扩散焊。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明制备的Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料粉料是采用机械球磨和真空烧结而成的块体材料。主要包括高熔点的Hastelloy X合金粉末、熔点相对较低的活性添加镍基合金粉末以及粘结剂。其中高熔点的Hastelloy X合金粉末可以保证高温强度、抗氧化性等综合性能，同时提高接头组织均匀化程度；活性添加镍基合金粉末的添加目的是降低活性扩散焊修复温度，形成液相包裹着添加的Hastelloy X合金粉末润湿填充裂纹位置。而粘结剂主要起到提高Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料粉料素坯的强度和成型性。

与粉末修复材料相比，通过预先烧结成型的块体修复材料致密度可以达到98％，可以在有效减少粉末修复材料直接烧结修复过程中添加剂挥发留下的孔隙问题，保证一定的尺寸稳定性，同时预先烧结的过程也可以使修复材料本身均匀化程度提高，减少成分偏析的概率，避免低熔点共晶物的出现。

与传统修复方法相比，采用活性扩散焊修复可以有效克服熔焊存在的热裂纹和钎焊不能修复大间隙缺陷的不足，同时得到均匀的固溶体组织。

附图说明

图1为实施例1中原始的Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体的SEM图；

图2为实施例1中活性扩散焊修复后修复区的SEM图；

图3为实施例3中原始的Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体的 SEM图；

图4为实施例3中为活性扩散焊修复后修复区的SEM图；

图5为对比例1中为活性扩散焊修复后修复区的SEM图；

图6为对比例2中为活性扩散焊修复后修复区的SEM图。

具体实施方式

以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

在本领域中，对于飞机发动机叶片和燃烧室等热端部件的维修，国内外主要采用焊接的方法对损伤部位进行原位修复，一般较低服役温度的部件，如压气机叶片可采用熔化焊的方式维修，而涡轮端的叶片和燃烧室是由高温镍基合金制成，若采用熔化焊的方法修复时，焊接的热输入量使母材熔化的高温易导致其组织发生变化，其主要的强化相γ相中包含 Al和Ti元素，焊接接头处易产生热裂纹，热影响区也易产生应变时效裂纹，这是限制熔化焊用于高温服役部件维修的主要原因；另外，镍基高温合金的焊接一般需要预热及焊后热处理，往往采用成分复杂的焊丝作为填充材料，其接头强度一般低于母材，这也是限制熔化焊用于高温部件维修的原因之一；并且由于裂纹一般在冷却孔等的型面复杂位置出现，熔化焊的可实施性受到限制，因此高温热端部件往往采用钎焊的方法进行维修，目的是尽可能降低外界热源对于被修复基体组织及成分的影响。同时，钎焊可用于熔化焊难以完成的高温合金，并且可以一次性完成损伤的修复，以及通过调整钎料的成分获得多种不同性能的焊接接头，从而适应零部件的服役工况特点，降低了维修的成本并延长了修复件的使用寿命。

而本发明中，对于宽间隙钎焊连接，为了使熔化的液相钎料能充分浸润孔隙提高钎缝致密度，钎料当中往往含有过多的MPD(Melting Point Depressant)元素，如B，Si等，这些元素在钎焊接头中易于形成低熔点共晶相，造成熔点下降，同时共晶组织脆性大，降低了强度和塑性，并且还不利于阻碍裂纹的扩展。因此宽间隙钎焊连接时，为了提高钎焊接头的组织与性能，采取了TLP(Transient Liquid Phase)原则，并且通过延长保温时间来确保MPD 元素的充分扩散。同时更重要的在于钎料成分的改变，除了钎料自身和MPD元素以外，还添加了与母材相同或者成分近似的合金粉末来填充钎焊间隙。该钎料中加入了额外的合金粉末，有利于MPD元素充分地的扩散到填充的合金粉末之中，降低了MPD元素形成低熔点共晶组织的比率，同时可以提高钎焊接头的韧性和抵抗疲劳裂纹扩展的能力。宽间隙钎焊维修的核心是元素扩散，通过MPD元素在钎料与母材之间发生熔化、溶解、扩散将间隙内两端表面连接起来，并通过毛细作用将熔融的钎料合金吸入到空穴等缺陷处，完成损伤位置的修复。同时整个钎料过程中都会有一些未熔化的填充合金颗粒，这些颗粒有助于加快等温凝固进程。

而且，宽间隙钎焊实施之前需要对钎料进行预成型处理(预烧结)，目的是提高钎缝的致密度。目前常用的方法有烧结预成型方法，烧结预成型是将填充合金和TLP钎料粉末通过胶粘剂混合后，经高温烧结而成。该方法可以适用于不规则的间隙，并且钎缝的致密度可达到98％以上，有效的限制了空隙的数量。本发明中，可将预成型的钎块可以通过激光加工、水刀切割、电解加工等方式获得需要的构型，然后填充到修补区域的间隙中完成钎焊。

在本公开中，Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料粉料由以下按质量百分比计的组分组成：Hastelloy X合金粉末58％～64％；活性镍基钎料粉末36％～42％，粘结剂为Hastelloy X合金粉末和活性镍基合金粉末总质量的1％～5％。在可选的实施方式中，所述Hastelloy X合金粉末成分可为(质量百分比，wt％)：Cr20.3～20.5％、Fe17.0～20.0％、Mo8-10％、Co4.6～6.4％、W0.2～1.0％、Ni余量。其中，Hastelloy X合金粉末时采用雾化法制备而得。在可选的实施方式中，活性镍基钎料粉末成分(质量百分比，wt％)可包括：Ni64.5～74.7％、Cr14.6～19.6％、Co7.5～9.8％、Al1.2～1.9％、B2.6～4.2％。其中，活性添加镍基合金粉末是预先采用机械湿混球磨而得。在可选的实施方式中，所述的粘结剂可为平均分子量为600的液态聚乙二醇等。

Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料粉末的制备。向球磨罐中依次加入湿混介质酒精、粘结剂、Hastelloy X合金粉末和活性添加镍基合金粉末进行机械球磨。球料比2：1；固含量50％；球磨转速300～350rpm，球磨时间12～24h。球磨后，烘干、研磨、过筛。作为一个示例，混料所用的溶剂为无水乙醇，纯度为99.5％，加入量为混合粉体质量的20-40％；球磨介质为碳化钨球，其中碳化钨球：混合粉体＝2:1(质量百分比)；混合罐采用氮气保护，氮气压力保持在101～105KPa之间，行星式球磨机转速为300rpm，球磨时间为24h。粉体干燥在真空烘箱内进行，干燥温度60～80℃，干燥时间2-3h，真空度优于100Pa。干燥后的焊料粉体过200目筛网。

Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料素坯的制备：采用电子分析天平称量一定量的粉末放入模具中，通过手动液压机对粉末进行冷压，制成素坯。素坯表面压力可为50～80MPa。

Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体材料的脱粘和烧结成型。将素坯放入真空常压炉中进行脱粘和烧结，得到块体材料。所述脱粘的参数包括：以1～ 2℃/min的升温速率进行升温，在300～700℃，真空度≤10^-2Pa的条件下对镍基合金材料进行脱粘处理，脱粘的保温时间可为60分钟。随后继续升温，升温速率可为5℃～10℃/min，在1100℃～1170℃，真空度≤10^-2Pa的条件下对脱粘后镍基合金材料进行烧结，烧结时间为30min～120min，随炉冷却，即得到预烧结的镍基活性修复块体材料。该焊料可以根据被修复高温合金缺陷部位的几何形状进行预制成型。该焊料修复的高温镍基合金部件可以应用在 900℃。该焊料采用粉体湿混和真空烧结的方法制备。

Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体的应用。

待修复Hastelloy X合金材料和Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体的预处理。采用机械方法去除待修复Hastelloy X合金材料表面及缺陷部位的氧化物和杂质，再分别用丙酮和无水乙醇清洗干净。通过线切割制备合适尺寸的Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体，采用机械方法去除表面氧化物，再分别用丙酮和无水乙醇清洗。

Hastelloy X合金的活性扩散焊修复。修复时将Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体置于损伤位置或其周围，通过夹具固定后放入真空钎焊炉中。以 10℃/min升高到1000℃，进行保温1h；随后以5℃/min继续升温至Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体的固液相线(1150～1250℃)之间，进行活性扩散焊，保温时间为30～480min。以10℃/min控制降温至500℃后，随炉冷却。

对活性扩散焊修复后的位置进行机械打磨加工，使材料恢复原来的尺寸。

烧结成块过程后，在焊接时通过高温下的等温扩散过程实现焊接，不同于传统的钎焊，焊料全部转化成液相，这个焊接过程中中是以扩散为主，会有少量液相，元素B在高温下从焊料中扩散到被修复的基体材料中，引发原来焊料成分的变化，导致等温凝固过程。

下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

实施例1

镍基预成型修复焊料的制备方法包括如下步骤和工艺条件：

步骤一：预成型焊料粉末的制备

向球磨罐中依次加入无水乙醇、聚乙二醇、Hastelloy X合金粉末和活性镍基粉末，密封抽真空后充入氮气，氮气压力保持在101KPa，然后进行机械球磨。Hastelloy X合金粉末：活性镍基钎料粉末为62％：38％，粘结剂含量为两种金属粉末总质量的1％。Hastelloy X合金粉末各成分的质量百分比为Ni47.5％；Cr 20.3％、Fe 18.6％、Mo 8.6％、Co 4.8％、W 0.2％；活性镍基粉末各成分质量百分比为Ni 71.7％、Cr 14.6％、Co 8.8％、B3.3％、Al 1.6％。球料比为2：1；固含量50％；球磨时间为300rpm，球磨时间24h。

步骤二：预成型焊料素坯的制备

球磨过的粉体放入真空干燥箱，干燥温度为60℃，干燥箱真空度为75Pa，干燥时间3h，然后用研钵粉碎后过200目筛网，通过电子分析天平称取10g干燥后粉体放入10mm×15mm 的模具中，通过手动压机制成10mm×15×mm×4mm素坯，素坯压制成形压力为80MPa。

步骤三：预成型焊料的脱粘和烧结成型：

将步骤二制备的素坯放入真空炉中，以2℃/min的升温速率进行升温至700℃，保温时间为 60分钟，然后继续以5℃/min的速度升温到1170℃，保温30分钟，此时真空度为8.2×10^-3Pa，保温后随炉冷却，即得到预成型的镍基修复焊料。

预成型焊料的应用，包括如下步骤：

步骤一：待修复Hastelloy X合金材料和预成型焊料的预处理

采用机械方法去除待修复Hastelloy X合金材料表面及缺陷部位的氧化物和杂质，再分别用丙酮和无水乙醇清洗干净。通过线切割制备合适尺寸的预成型焊料，采用机械方法去除表面氧化物，再分别用丙酮和无水乙醇清洗。

步骤二：Hastelloy X合金的活性扩散焊修复

修复时将预成型焊料置于损伤位置或其周围，通过夹具固定后放入真空钎焊炉中。以10℃ /min升高到1000℃，进行保温1h；随后以5℃/min继续升温至1250℃，进行活性扩散焊，保温时间为30min。以10℃/min控制降温至500℃后，随炉冷却。

步骤三：对活性扩散焊修复后的位置进行机械打磨加工，使材料恢复原来的尺寸。

本实施例1中，Hastelloy X合金母材与修复区之间形成良好的冶金结合。参见图2，修复区无裂纹，微观组织主要包括γ相和少量硼化物。

实施例2

预成型焊料的制备方法包括如下步骤和工艺条件：

步骤一：预成型焊料粉末的制备向球磨罐中依次加入无水乙醇、聚乙二醇、Hastelloy X合金粉末和活性镍基粉末，密封抽真空后充入氮气，氮气压力保持在105KPa，然后进行机械球磨。Hastelloy X合金粉末：活性镍基钎料粉末为58％：42％，粘结剂含量为金属粉末总质量的3％。Hastelloy X合金粉末各成分的质量百分比为Ni44.4％；Cr20.5％、Fe19.5％、Mo9.4％、Co5.8％、W0.4％；活性镍基钎料粉末各成分百分比为Ni68.75％、Cr16.25％、Co9.28％、B4.2％、Al1.8％。球料比为2： 1；固含量50％；球磨时间为300rpm，球磨时间24h。

步骤二：预成型焊料素坯的制备

球磨过的粉体放入真空干燥箱，干燥温度为80℃，干燥箱真空度为90Pa，干燥时间2h，然后用研钵粉碎后过200目筛网，通过电子分析天平称取33g干燥后粉体放入Φ25mm的模具中，通过手动压机制成Φ25mm×4mm素坯，素坯压制成形压力为60MPa。

步骤三：预成型焊料的脱粘和烧结成型：

将步骤二制备的素坯放入真空炉中，以2℃/min的升温速率进行升温至700℃，保温时间为60分钟，然后继续以5℃/min的速度升温到1100℃，保温120分钟，此时真空度为8.2×10^-3Pa，保温后随炉冷却，即得到预成型的镍基修复焊料

预成型焊料的修复步骤和工艺条件与实施例1相同

本实施例2中，Hastelloy X合金母材与修复区之间形成良好的冶金结合。修复区无裂纹，微观组织主要包括γ相和少量硼化物，显微硬度平均值为355HV0.01。

实施例3

预成型焊料的制备方法包括如下步骤和工艺条件：

步骤一：预成型焊料粉末的制备

向球磨罐中依次加入无水乙醇、聚乙二醇、Hastelloy X合金粉末和活性镍基粉末，密封抽真空后充入氮气，氮气压力保持在103KPa，然后进行机械球磨。Hastelloy X合金粉末各成分的质量百分比为Ni49.61％；Cr20.12％、Fe18.63％、Mo8.56％、Co3.68％、W0.24％；活性镍基钎料粉末各成分百分比为Ni68.75％、Cr16.25％、Co9.28％、B4.2％、Al1.8％。Hastelloy X 合金粉末：活性镍基钎料粉末为64％：36％，粘结剂含量为金属粉末总质量的5％。球料比为2：1；固含量50％；球磨时间为300rpm，球磨时间24h。

步骤二：预成型焊料素坯的制备

球磨过的粉体放入真空干燥箱，干燥温度为70℃，干燥箱真空度为50Pa，干燥时间2.5h，然后用研钵粉碎后过200目筛网，通过电子分析天平称取26g干燥后粉体放入20mm×20mm的模具中，通过手动压机制成20mm×20mm×4mm素坯，素坯压制成形压力为 75MPa。

步骤三：预成型焊料的脱粘和烧结成型：

将步骤二制备的素坯放入真空炉中，以2℃/min的升温速率进行升温至700℃，保温时间为 60分钟，然后继续以5℃/min的速度升温到1150℃，保温90分钟，此时真空度为9.5×10^-3Pa，保温后随炉冷却，即得到预成型的镍基修复焊料

预成型焊料的修复步骤和工艺条件与实施例1相同

本实施例3中，Hastelloy X合金母材与修复区之间形成良好的冶金结合。参见图4，修复区无裂纹，且无黑色孔洞，微观组织主要包括γ相和少量硼化物，显微硬度平均值为345HV0.01。

对比例1

本对比例1焊料块体的制备过程参照实施例1区别在于：Hastelloy X合金粉末：活性镍基钎料粉末为68％：32％，粘结剂含量为两种金属粉末总质量的1％。对比例1的预成型焊料制备过程和应用过程与实施例1完全项目，包括以下步骤：

步骤一：预成型焊料粉末的制备向球磨罐中依次加入无水乙醇、聚乙二醇、Hastelloy X合金粉末和活性镍基粉末，密封抽真空后充入氮气，氮气压力保持在101KPa，然后进行机械球磨。Hastelloy X合金粉末：活性镍基钎料粉末为68％：32％，粘结剂含量为两种金属粉末总质量的1％。Hastelloy X合金粉末各成分的质量百分比为Ni47.5％；Cr20.3％、Fe 18.6％、Mo 8.6％、Co 4.8％、W 0.2％；活性镍基粉末各成分质量百分比为Ni71.7％、Cr 14.6％、Co 8.8％、B 3.3％、Al 1.6％。球料比为2：1；固含量50％；球磨时间为300rpm，球磨时间24h。

步骤二：预成型焊料素坯的制备

球磨过的粉体放入真空干燥箱，干燥温度为60℃，干燥箱真空度为75Pa，干燥时间3h，然后用研钵粉碎后过200目筛网，通过电子分析天平称取10g干燥后粉体放入10mm×15mm 的模具中，通过手动压机制成10mm×15×mm×4mm素坯，素坯压制成形压力为80MPa。

步骤三：预成型焊料的脱粘和烧结成型：

将步骤二制备的素坯放入真空炉中，以2℃/min的升温速率进行升温至700℃，保温时间为 60分钟，然后继续以5℃/min的速度升温到1170℃，保温30分钟，此时真空度为8.2×10^-3Pa，保温后随炉冷却，即得到预成型的镍基修复焊料。

预成型焊料的应用，包括如下步骤：

步骤一：待修复Hastelloy X合金材料和预成型焊料的预处理

采用机械方法去除待修复Hastelloy X合金材料表面及缺陷部位的氧化物和杂质，再分别用丙酮和无水乙醇清洗干净。通过线切割制备合适尺寸的预成型焊料，采用机械方法去除表面氧化物，再分别用丙酮和无水乙醇清洗。

步骤二：Hastelloy X合金的活性扩散焊修复

修复时将预成型焊料置于损伤位置或其周围，通过夹具固定后放入真空钎焊炉中。以10℃ /min升高到1000℃，进行保温1h；随后以5℃/min继续升温至1250℃，进行活性扩散焊，保温时间为30min。以10℃/min控制降温至500℃后，随炉冷却。

步骤三：对活性扩散焊修复后的位置进行机械打磨加工，使材料恢复原来的尺寸。

本对比例1中，Hastelloy X合金母材与修复区之间由于添加的活性钎料粉末少于优化范围值，出现的液相较少，界面出现裂纹等缺陷，此外连接界面形成黑色空洞，参见图5，裂纹和空洞对高温强度不利。

对比例2

本对比例2焊料块体的制备过程参照实施例1区别在于：Hastelloy X合金粉末：活性镍基钎料粉末为54％：46％，粘结剂含量为两种金属粉末总质量的1％。对比例2的预成型焊料制备过程和应用过程与实施例1完全项目，包括以下步骤：:

步骤一：预成型焊料粉末的制备向球磨罐中依次加入无水乙醇、聚乙二醇、Hastelloy X合金粉末和活性镍基粉末，密封抽真空后充入氮气，氮气压力保持在101KPa，然后进行机械球磨。Hastelloy X合金粉末：活性镍基钎料粉末为54％：46％，粘结剂含量为两种金属粉末总质量的1％。Hastelloy X合金粉末各成分的质量百分比为Ni47.5％；Cr20.3％、Fe 18.6％、Mo 8.6％、Co 4.8％、W 0.2％；活性镍基粉末各成分质量百分比为Ni71.7％、Cr 14.6％、Co 8.8％、B 3.3％、Al 1.6％。球料比为2：1；固含量50％；球磨时间为300rpm，球磨时间24h。

步骤二：预成型焊料素坯的制备

球磨过的粉体放入真空干燥箱，干燥温度为60℃，干燥箱真空度为75Pa，干燥时间3h，然后用研钵粉碎后过200目筛网，通过电子分析天平称取10g干燥后粉体放入10mm×15mm 的模具中，通过手动压机制成10mm×15×mm×4mm素坯，素坯压制成形压力为80MPa。

步骤三：预成型焊料的脱粘和烧结成型：

将步骤二制备的素坯放入真空炉中，以2℃/min的升温速率进行升温至700℃，保温时间为 60分钟，然后继续以5℃/min的速度升温到1170℃，保温30分钟，此时真空度为8.2×10^-3Pa，保温后随炉冷却，即得到预成型的镍基修复焊料。

预成型焊料的应用，包括如下步骤：

步骤一：待修复Hastelloy X合金材料和预成型焊料的预处理

采用机械方法去除待修复Hastelloy X合金材料表面及缺陷部位的氧化物和杂质，再分别用丙酮和无水乙醇清洗干净。通过线切割制备合适尺寸的预成型焊料，采用机械方法去除表面氧化物，再分别用丙酮和无水乙醇清洗。

步骤二：Hastelloy X合金的活性扩散焊修复

修复时将预成型焊料置于损伤位置或其周围，通过夹具固定后放入真空钎焊炉中。以10℃ /min升高到1000℃，进行保温1h；随后以5℃/min继续升温至1250℃，进行活性扩散焊，保温时间为30min。以10℃/min控制降温至500℃后，随炉冷却。

步骤三：对活性扩散焊修复后的位置进行机械打磨加工，使材料恢复原来的尺寸。

本对比例2中，Hastelloy X合金母材与修复区之间由于添加的活性钎料粉末多于优化范围值，界面扩散后出现第二相析出聚集(大颗粒)、不均匀的微观结构，参见图6，析出的第二相硼化物聚集，同样影响接头的力学性能。

上述实施例为本发明可能的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体，其特征在于，所述预成型焊料块体的组成包括Hastelloy X母材合金和活性镍基钎料；所述预成型焊料块体中活性镍基钎料的质量含量为36%～42%。

2.根据权利要求1所述的Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体，其特征在于，所述Hastelloy X母材合金的组成为：Cr 20.3～20.5wt%、Fe 17.0～20.0wt%、Mo 8-10wt%、Co 4.6～6.4wt%、W 0.2～1.0wt%、Ni余量。

3.根据权利要求1或2所述的Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体，其特征在于，所述活性镍基钎料的组成为：Ni 64.5～74.7wt%、Cr 14.6～19.6wt%、Co7.5～9.8wt%、Al 1.2～1.9wt%、B 2.6～4.2wt%。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体，其特征在于，所述Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体的致密度＞90%。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体的制备方法，其特征在于，将Hastelloy X母材合金粉末、活性镍基钎料粉末和粘结剂混合后装入预成型模具中压制成型，然后在真空气氛中进行脱粘和烧结致密化后得到。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述Hastelloy X母材合金粉末的粒径范围为20～50μm；所述的活性镍基钎料粉末的粒径范围为1～10μm。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为聚乙二醇、聚乙烯缩丁醛、聚乙烯醇、乙基纤维素和丙烯酸酯中至少一种，优选为平均分子量为600的液态聚乙二醇；所述粘结剂占Hastelloy X母材合金粉末和活性镍基钎料粉末总质量的1%～5%。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述压制成型的方式为干压成型或/和冷等静压成型；所述干压成型的压力为50～80MPa；所述冷等静压成型的压力为250～300MPa。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述真空气氛的真空度≤10^-2Pa；所述脱粘的温度为300～700℃，时间为30～60分钟；所述烧结致密化的温度为1100℃～1170℃，时间为30分钟～120分钟。

10.一种权利要求1-4中任一项所述的Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体在修复Hastelloy X高温合金部件服役缺陷中的应用，其特征在于，Hastelloy X高温合金部件服役缺陷修复用的预成型焊料块体置于Hastelloy X高温合金部件的损伤位置或其周围，通过夹具固定之后，在1150～1250℃下保温0.5～8小时，实现活性扩散焊。

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