CN114214554A

CN114214554A - 一种镍基高温合金粉末及应用于空心涡轮叶片的制备方法

Info

Publication number: CN114214554A
Application number: CN202111375056.1A
Authority: CN
Inventors: 张鹏; 朱强; 王敏; 王传杰; 陈刚
Original assignee: Harbin Institute of Technology Weihai
Current assignee: Harbin Institute of Technology Weihai
Priority date: 2021-11-17
Filing date: 2021-11-17
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2041-11-17
Also published as: CN114214554B

Abstract

本发明提供了一种镍基高温合金粉末及应用于空心涡轮叶片的制备方法，其解决了对激光选区熔化制备空心涡轮叶片过程开裂的技术问题，其包含以下重量份数的组分：Cr为25％～30％、Co为17.5％～19％、Al为2.5％～3.0％、Ta为2.3％～2.5％、Ti为2.6％～2.8％、W为1.7％～2.1％、Re为1.5％～2.5％、C为0.1％～0.15％、Cb为0.8％～1％、Zr为0.2％～0.3％、B为0.005％～0.01％、V为0.5～0.7％余量为Ni。本发明可广泛应用于增材制造技术领域。

Description

一种镍基高温合金粉末及应用于空心涡轮叶片的制备方法

技术领域

本申请属于增材制造技术领域，更具体地说，是涉及一种镍基高温合金粉末及应用于空心涡轮叶片的制备方法。

背景技术

空心涡轮叶片是航空发动机和燃气轮机的核心部件，对国家经济发展和国防安全具有深远的意义。因其结构复杂、精度要求高而难以制造，被誉为“王冠上的明珠”在制备空心涡轮叶片的过程中，使用的工艺主要为熔模精铸工艺，但是这一工艺，具有成品率低、成品精度差等问题，造成我国在空心涡轮叶片生产方面出现了很多问题。针对空心涡轮叶片传统熔模铸造方法制造周期长、工艺复杂、成品率低等难题，本发明提出基于激光选区熔化制备空心涡轮叶片。

激光选区熔化(SLM)技术是将激光熔覆与快速原型(rapid prototyping)技术结合起来的一种最新的先进制造技术。激光选区熔化发挥了对复杂结构零件增材制造能力，极大提高了数字化制造柔性，显著缩短了制造周期，可消除传统叶片制造方法中型芯/型壳装配引起的尺寸误差，减少型芯偏移、叶片穿孔等缺陷，对加速叶片的开发具有革命性意义。但目前激光选区熔化制备构件过程依然有诸多问题，裂纹是激光选区熔化镍基高温合金最严重的缺陷之一，严重削弱了材料的力学性能。

目前，国内外研究学者致力于激光选区熔化开裂问题，研究发现SLM高凝固速率产生的残余应力是微裂纹产生的直接原因。本发明通过调整合金材料成分减少在SLM制备过程中残余应力得产生，抑制裂纹萌生。在空心涡轮叶片制备工艺致力于通过工艺参数调整提高构件的制备精度。

同时，目前涡轮叶片的腐蚀问题也十分严重。镍基高温合金综合力学性能优异被广泛应用在涡轮叶片等部件的航空制造领域。但长期受到氧气和燃气腐蚀，致使材料表面失效，影响整个部件正常工作，特别是在复杂环境下腐蚀问题往往是造成其材料失效的直接原因。本发明，通过调整合金成分，在减少开裂同时提高材料的耐腐蚀性，对于推动镍基高温合金在航空领域的应用有重大意义。

发明内容

本发明就是为了解决上述背景技术的不足，提供了一种镍基高温合金粉末及应用于空心涡轮叶片的制备方法，该方法制备的镍基高温合金粉末，可以打印出致密的、无裂纹的空心涡轮叶片构件，并且可以克服空心涡轮叶片耐腐蚀性差问题。

为此，本发明提供了一种镍基高温合金粉末，其特征是，用于制备空心涡轮叶片，其包含以下重量份数：Cr为25％～30％、Co为17.5％～19％、Al为2.5％～3.0％、Ta为2.3％～2.5％、Ti为2.6％～2.8％、W为1.7％～2.1％、Re为1.5％～2.5％、C为0.1％～0.15％、Cb为0.8％～1％、Zr为0.2％～0.3％、B为0.005％～0.01％、V为0.5～0.7％，余量为Ni。

优选的，其包含以下重量份数：Cr为27.5％、Co为18％、Al为2.7％、Ta为2.4％、Ti为2.7％、W为1.9％、Re为2.0％、C为0.15％、Cb为0.9％、Zr为0.25％、B为0.01％、V为0.6％，余量为Ni。

同时，本发明利用上述镍基高温合金粉末制备空心涡轮叶片，具体包含以下步骤：

(1)准备以下重量份数的合金：Cr为25％～30％、Co为17.5％～19％、Al为2.5％～3.0％、Ta为2.3％～2.5％、Ti为2.6％～2.8％、W为1.7％～2.1％、Re为1.5％～2.5％、C为0.1％～0.15％、Cb为0.8％～1％、Zr为0.2％～0.3％、B为0.005％～0.01％、V为0.5～0.7％，余量为Ni；

(2)先将合金放入真空感应炉中熔炼，再至于真空自耗炉中重熔，得到母合金锭，将母合金锭制成电极棒；将电极棒放入等离子旋转电极制粉机中，使用等离子枪熔化电极棒端部，得到球形粉末；将球形粉末通过超声振动筛进行筛分；再对球形粉末进行静电分离，去除球形粉末中的非金属杂质，得到镍基高温合金粉末；

(3)制备氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒：将氧化锆与氧化铝纤维采用放电等离子烧结，得到氧化锆/氧化铝纤维复合材料，将所述氧化锆/氧化铝纤维复合材料高能球磨，制得纳米级氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒；

(4)将步骤(3)获得纳米级氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与步骤(1)制得的镍基高温合金粉末混合，低能球磨，使得氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与镍基高温合金粉末均匀分散；

(5)将步骤(4)所制备的将氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与步骤(2)制备的镍基高温合金粉末均匀混合后放置于激光选区熔化成形设备中，完成零件制备材料准备；

(6)激光选区熔化成形设备包括脉冲放电系统，脉冲放电系统连接激光选区熔化成形设备的基板组件，在激光加工的同时脉冲放电，已固化和正在固化材料产生电热效应，阻止裂纹产生和扩展使零件，减少裂纹和抑制裂纹扩展，最终制得空心涡轮叶片；

(7)将制得的空心涡轮叶片空冷至室温。

优选的，步骤(2)中，镍基高温合金粉末20～40μm。

优选的，步骤(3)中，放电等离子烧结温度为1100℃-1400℃，烧结压力为30Mpa-70Mpa；高能球磨转速为300-500rpm/min，时间为10h-15h，球料比选为7-10:1。

优选的，步骤(4)中，氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒的质量百分比为0.5w％-5w％。

优选的，步骤(4)中，低能球磨转速为100-200rpm，时间为3-5h，球料比选为2-3:1。

优选的，步骤(6)中，激光选区熔化成形设备的激光功率为1300W-1700w，扫描速度为3-6mm/s，送粉速率为1-2g/min。

优选的，步骤(6)中，基板组件依次设有基板、隔热板和绝缘板。

优选的，步骤(6)中，电流密度为2A-5A/dm2。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的用于空心涡轮叶片制备的镍基高温合金粉末，其中，V元素主要固溶于γ'相，使γ'晶格常数减小，γ基体与γ'相的晶格错配度减小。随晶格错配度绝对值的减小，γ'、γ两相共格界面的晶格应变减小，应变能降低，增强组织稳定性，激光选区熔化制备空心涡轮叶片时残余应力减小，抑制构件制备过程中的开裂。加入纳米级氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒增强相，在激光选区熔化成形过程中充当基体相γ相异质形核质点，基体组织细化，细化析出相，使析出相分布更加均匀，使γ基体与强化相γ'相的晶格错配度减小，减小组织间应力集中，改善空心涡轮叶片的力学性能。优选的，本发明选择V元素含量0.5-0.7％。

(2)氧化锆/氧化铝纤维具有较强的耐腐蚀性，氧化铝具有较好高温抗氧化性，与Cr元素加入后所生成的Cr₂O₃共同形成氧化皮保护膜，极大地提高镍基高温合金高温抗氧化性能和高温耐腐蚀性能。优选的，本发明选择适量Cr元素含量25％～30％。

(3)Re元素添加，Re元素具有低扩散系数，在镍基高温合金材料凝固过程中，可强烈组织主要强化相γ'相长大，细化组织，改善Cr元素带来的组织不均匀问题，可有效提高材料的高温耐腐蚀性能和减少开裂倾向。而且，氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒可以起到细化组织作用，改善V元素添加带来的组织不稳定问题，提高材料蠕变持久性能和耐腐蚀性。优选的，本发明选择添加适量Re元素含量为1.5％～2.5％。

(4)在能量较高激光束下，氧化铝纤维熔化，在随后快速冷却过程中，氧化铝纤维中少量的有机溶胶可以填补快速冷却过程中产生的微裂纹，极大提高组织致密度和材料的成形性；氧化锆在制备过程中发生马氏体相变，会吸收部分能量减轻裂纹尖端的应力集中问题，达到抑制裂纹产生同时延缓裂纹扩展；由于纤维的存在，致使裂纹的扩展需要额外的能量，达到延缓裂纹扩展的目的。

(5)本发明的空心涡轮叶片制备方法中，通过对激光选区熔化基板通入强脉冲电流实现在零件制备过程中电热止裂，加之隔热板和绝缘板与基板的配合，可以对激光选区熔化制备过程进行隔热保温，可以减缓基板上合金材料冷却速度，极大减弱裂纹产生的趋势，克服了空心涡轮叶片在激光选区熔化成形制备过程存在开裂的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基板组件结构示意图；

图中符号说明：

1.基板；2.隔热板；3.绝缘板。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

实施例1

(1)一种镍基高温合金粉末，其合金成分如下：25％Cr、17.5％Co、2.5％Al、2.3％Ta为、2.6％Ti、1.7％W、1.5％Re、0.1％C、0.8％Cb、0.2％Zr、0.005％B、0.5％V为，余量为Ni进行配料。

(2)含有上述合金成分的镍基高温合金粉末的制备，具体步骤如下：

将准备的合金先放在真空感应炉中熔炼，再置于真空自耗炉中重熔，得到直径80mm的母合金锭。将母合金锭放入高温箱式电阻炉中，在1250℃的温度下热处理20h，使其成分均匀，再随炉冷却至室温，将冷却后的母合金锭通过机加工成电极棒，电极棒直径为80mm，长为680mm。通过等离子旋转电极制粉机，抽真空充入氩气，调节等离子枪的功率为35KW，使等离子枪对电极棒进行预热，预热完成后，调节电极棒的转速为1800r/min，使电极棒高速旋转，同时调节等离子枪为75KW，使用等离子枪熔化电极棒端部，得到球形粉末，制粉过程中，等离子距电极端面的距离为30mm。在氩气保护下，使用超声振动筛对球形粉末进行筛分，得到平均直径35μm的镍基高温合金粉末。

(3)利用上述合金成分的镍基高温合金粉末制备空心涡轮叶片，具体步骤如下：

步骤一：取氧化锆粉末与5w％单晶蓝宝石纤维混合，采用等离子烧结法制备复合材料，其中烧结温度为1200℃，烧结压力为50Mpa，烧结时间为15h，得到氧化锆/氧化铝纤维复合材料。将氧化锆/氧化铝纤维复合材料置于高能球磨机中球磨。球磨机转速设置为400rpm/min，球磨时间为14h，球料比为10:1。球磨完成后，将复合颗粒放置在90℃的真空干燥箱中干燥2h，筛分获得直径90nm氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒。

步骤二：将制得氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与镍基高温合金粉末混合，氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒的总质量百分比为5w％，随后放入行星式球磨机中低能球磨，低能球磨转速设置为200rpm，时间设置为4h，磨球选为陶瓷球，球料比选为2:1，低能球磨后氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与镍基高温合金粉末均匀分散。

步骤三：利用激光选区熔化设备将均匀混合后氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与镍基高温合金粉末制得空心涡轮叶片。将均匀混合后氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与镍基高温合金粉末放在激光选区熔化设备的粉末桶内，对激光选区融化设备的成形腔中充入高纯氩气，直至成形腔内气体氧含量≤20ppm。选择与成形的金属材料相同或相似材料的基板1，基板2通过螺钉与隔热板2和绝缘板3紧密连接构成基板组件，将基板组件固定在激光选区熔化成形设备中的可升降的工作台上。使用激光选区熔化快速成型设备中的刮粉装置，在成形基板上均匀铺设合金粉末；并将基板组件连接脉冲放电系统，控制送粉速率为2g/min，激光扫描速度为5m·s^-1，激光功率为1600W，调整脉冲电流密度为3.75A/dm²，激光选区熔化成形过程中同时脉冲放电。在激光选区熔化制备空心涡轮叶片的过程中，通过脉冲放电，基板上已固化和正在固化材料产生电热效应，阻止空裂纹产生和扩展；而且隔热板2和绝缘板3与基板1的紧密配合，可以对激光选区融化制备过程进行隔热保温，可以减缓基板1上合金材料冷却速度，极大减弱裂纹产生的趋势，制得耐高温、耐腐蚀、高蠕变持久性和防开裂空心涡轮叶片。最后将制得的空心涡轮叶片空冷至室温。

实施例2

(1)一种镍基高温合金粉末，其合金成分如下：30％Cr、19％Co、3.0％Al、2.5％Ta、2.8％Ti、2.1％W、2.5％Re、0.15％C、1％Cb、0.3％Zr、0.01％B、0.7％V，余量为Ni。

(2)含有上述合金成分的镍基高温合金粉末的制备方法同实施例1。

步骤一：取氧化锆粉末与5w％单晶蓝宝石纤维混合，采用等离子烧结法制备复合材料，其中烧结温度为1100℃，烧结压力为30Mpa，烧结时间为10h，得到氧化锆/氧化铝纤维复合材料。将氧化锆/氧化铝纤维复合材料置于高能球磨机中球磨。球磨机转速设置为300rpm/min，球磨时间为10h，球料比为7:1。球磨完成后，将复合颗粒放置在90℃的真空干燥箱中干燥2h，筛分获得直径110nm氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒。

步骤二：将制得氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与镍基高温合金粉末混合，氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒的总质量百分比为0.5w％，随后放入行星式球磨机中低能球磨，低能球磨转速设置为150rpm，时间设置为3h，磨球选为陶瓷球，球料比选为2.5:1，低能球磨后氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与镍基高温合金粉末均匀分散。

步骤三：利用激光选区熔化设备将均匀混合后氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与镍基高温合金粉末制得空心涡轮叶片。将均匀混合后氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与镍基高温合金粉末放在激光选区熔化设备的粉末桶内，对激光选区融化设备的成形腔中充入高纯氩气，直至成形腔内气体氧含量≤20ppm。选择与成形的金属材料相同或相似材料的基板1，基板2通过螺钉与隔热板2和绝缘板3紧密连接构成基板组件，将基板组件固定在激光选区熔化成形设备中的可升降的工作台上。使用激光选区熔化快速成型设备中的刮粉装置，在成形基板上均匀铺设合金粉末；并将基板组件连接脉冲放电系统，控制送粉速率为1g/min，激光扫描速度为3m·s^-1，激光功率为1300W，调整脉冲电流密度为2A/dm²，激光选区熔化成形过程中同时脉冲放电。在激光选区熔化制备空心涡轮叶片的过程中，通过脉冲放电，基板上已固化和正在固化材料产生电热效应，阻止空裂纹产生和扩展；而且隔热板2和绝缘板3与基板1的配合，可以对激光选区融化制备过程进行隔热保温，可以减缓基板1上合金材料冷却速度，极大减弱裂纹产生的趋势，制得耐高温、耐腐蚀、高蠕变持久性和防开裂空心涡轮叶片。最后将制得的空心涡轮叶片空冷至室温。

实施例3

(1)一种镍基高温合金粉末，其合金成分如下：27.5％Cr、18％Co、2.7％Al、2.4％Ta、2.7％Ti、1.9％W、2.0％Re、0.15％C、0.9％Cb、0.25％Zr、0.01％B、0.6％V，余量为Ni。

步骤一：取氧化锆粉末与5w％单晶蓝宝石纤维混合，采用等离子烧结法制备复合材料，其中烧结温度为1400℃，烧结压力为70Mpa，烧结时间为13h，得到氧化锆/氧化铝纤维复合材料。将氧化锆/氧化铝纤维复合材料置于高能球磨机中球磨。球磨机转速设置为300rpm/min，球磨时间为15h，球料比为9:1。球磨完成后，将复合颗粒放置在90℃的真空干燥箱中干燥2h，筛分获得直径100nm氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒。

步骤二：将制得氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与镍基高温合金粉末混合，氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒的总质量百分比为2.5w％，随后放入行星式球磨机中低能球磨，低能球磨转速设置为100rpm，时间设置为5h，磨球选为陶瓷球，球料比选为3:1，低能球磨后氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与镍基高温合金粉末均匀分散。

步骤三：利用激光选区熔化设备将均匀混合后氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与镍基高温合金粉末制得空心涡轮叶片。将均匀混合后氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与镍基高温合金粉末放在激光选区熔化设备的粉末桶内，对激光选区融化设备的成形腔中充入高纯氩气，直至成形腔内气体氧含量≤20ppm。选择与成形的金属材料相同或相似材料的基板1，基板1通过螺钉与隔热板2和绝缘板3紧密连接构成基板组件，将基板组件固定在激光选区熔化成形设备中的可升降的工作台上。使用激光选区熔化快速成型设备中的刮粉装置，在成形基板上均匀铺设合金粉末；并将基板组件连接脉冲放电系统，控制送粉速率为1.5g/min，激光扫描速度为6m·s^-1，激光功率为1700W，调整脉冲电流密度为5A/dm²，激光选区熔化成形过程中同时脉冲放电。在激光选区熔化制备空心涡轮叶片的过程中，通过脉冲放电，基板上已固化和正在固化材料产生电热效应，阻止空裂纹产生和扩展；而且隔热板2和绝缘板3与基板1的紧密配合，可以对激光选区熔化制备过程进行隔热保温，可以减缓基板上合金材料冷却速度，极大减弱裂纹产生的趋势，制得耐高温、耐腐蚀、高蠕变持久性和防开裂空心涡轮叶片。最后将制得的空心涡轮叶片空冷至室温。

对比例1：

取K465镍基高温合金，采用经典铸造方法制备空心涡轮叶片。合金成分(质量分数)：0.13％的C、8％的Cr、10％的Co、1.2％的Mo、10％的W、5.10％的Al、2％的Ti、1％的Nb、0.03％的B、0.04％的Zr、其余为Ni。通过热压注成型机压制SiO2基主陶瓷型芯，陶瓷型芯烧结后将石英玻璃与之组装在一起，然后进行高温强化与低温强化。将制备好的陶瓷型芯放置在蜡模模具中，在压蜡机上进行蜡模压制；将蜡模组合好浇注系统后进行涂料制壳，面层涂料采用硅溶胶+Al2O3粉，背层涂料采用硅溶胶+Al₂O₃粉，涂料层数为8层，然后进行脱蜡与型壳熔烧。采用真空感应炉熔炼高温镍基合金(K465)，将型壳预热到1050℃，然后进行浇注。浇注后对铸件进行清壳，然后进行脱芯处理和检测。

对比例2：

取K465镍基高温合金，合金成分(质量分数)：0.13％的C、8％的Cr、10％的Co、1.2％的Mo、10％的W、5.10％的Al、2％的Ti、1％的Nb、0.03％的B、0.04％的Zr、其余为Ni。

(2)含有上述合金成分的合金粉末的制备方法同实施例1。

(3)利用上述合金成分的合金粉末制备空心涡轮叶片，具体步骤如下：

步骤一：取氧化锆粉末与5w％单晶蓝宝石纤维混合为复合粉体。采用等离子烧结的温控曲线制备复合材料，其中烧结温度为1200℃，烧结压力为50Mpa，烧结时间为15h。带烧结完成后得到氧化锆/氧化铝纤维复合材料。

步骤二：将制备的氧化锆/氧化铝纤维复合材料置于高能球磨机中，筛分获得直径100nm氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒；将获得氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与合金粉末混合，氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒的总质量百分比为5w％，随后放入行星式球磨机中低能球磨，磨球选为陶瓷球，低能球磨后氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒与合金粉末均匀分散。

步骤三：将K465镍基高温合金粉末放在激光选区融化设备的粉末桶内，将与实施例1相同的基板组件固定在激光选区熔化成形设备中的可升降的工作台上。使用激光选区熔化快速成型设备中的刮粉装置，在成形基板上均匀铺设合金粉末；并将基板组件连接脉冲放电系统，控制激光扫描速度为5m·s^-1，激光功率为1600W，调整脉冲电流密度为3.75A/dm²，激光选区熔化成形设备进行脉冲放电。最后将制得的空心涡轮叶片空冷至室温。

将实施例1-3和对比例1-2所制备的空心涡轮叶片，均至于900℃进行燃气热腐蚀试验，得到实验数据如表1所示。

表1

	腐蚀速率(g·m-2·h	拉伸强度Mpa	屈服强度	断后延伸率	显微硬度
						实施例1	0.35g·m-2·h-1	1405Mpa	1060Mpa	10％	533HV
实施例2	0.23g·m-2·h-1	1005Mpa	960Mpa	6％	613HV
						实施例3	0.31g·m-2·h-1	1105Mpa	1035Mpa	7.50％	598HV
对比例1	3.53g·m-2·h-1	950Mpa	798Mpa	5％	437HV
						对比例2	2.5g·m-2·h-1	1205Mpa	917Mpa	8.50％	498HV

试验结论：从表1中可以看出，实施例1-3与对比例1相比，

实施例1-3制备的空心涡轮叶片与对比例1-2相比，在保证较高的综合力学性能(拉伸强度和屈服强度)情况下，腐蚀速率低、断后延伸率高，充分说明通过添加元素V、Cr、Re元素与纳米级氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒共同协同作用，改善空心涡轮叶片的耐腐蚀性和易开裂问题。

其中，V元素主要固溶于γ’相，使γ’晶格常数减小，γ基体与γ’相的晶格错配度减小。随晶格错配度绝对值的减小，γ’、γ两相共格界面的晶格应变减小，应变能降低，增强组织稳定性，激光选区熔化制备空心涡轮叶片时残余应力减小，抑制构件制备过程中的开裂。加入纳米级氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒增强相，在激光选区熔化成形过程中充当基体相γ相异质形核质点，基体组织细化，细化析出相，使析出相分布更加均匀，使γ基体与强化相γ’相的晶格错配度减小，减小组织间应力集中，改善空心涡轮叶片的力学性能。

氧化锆/氧化铝纤维具有较强的耐腐蚀性，氧化铝具有较好高温抗氧化性，与Cr元素加入后所生成的Cr₂O₃共同形成氧化皮保护膜，极大地提高镍基高温合金高温抗氧化性能和高温耐腐蚀性能。

Re元素添加，Re元素具有低扩散系数，在镍基高温合金材料凝固过程中，可强烈组织主要强化相γ'相长大，细化组织，改善Cr元素带来的组织不均匀问题，可有效提高材料的高温耐腐蚀性能和减少开裂倾向。而且，氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒可以起到细化组织作用，改善V元素添加带来的组织不稳定问题，提高材料蠕变持久性能和耐腐蚀性。

另外，在能量较高激光束下，氧化铝纤维熔化，在随后快速冷却过程中，氧化铝纤维中少量的有机溶胶可以填补快速冷却过程中产生的微裂纹，极大提高组织致密度和材料的成形性；氧化锆在制备过程中发生马氏体相变，会吸收部分能量减轻裂纹尖端的应力集中问题，达到抑制裂纹产生同时延缓裂纹扩展；由于纤维的存在，致使裂纹的扩展需要额外的能量，达到延缓裂纹扩展的目的。

最后，通过对比例1和对比例2可以看出，对比例2的断后延伸率和腐蚀速率得到明显改善，说明本发明的空心涡轮叶片制备方法中，在激光选区熔化制备过程中同时脉冲放电，可以实现在零件制备过程中电热止裂，加之隔热板2和绝缘板3与基板1的配合，可以对激光选区熔化制备过程进行隔热保温，可以减缓基板1上合金材料冷却速度，极大减弱裂纹产生的趋势，克服了空心涡轮叶片在激光选区熔化成形制备过程存在开裂的问题。

以上所述内容仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种镍基高温合金粉末，其特征是，用于制备空心涡轮叶片，其包含以下重量份数：Cr为25％～30％、Co为17.5％～19％、Al为2.5％～3.0％、Ta为2.3％～2.5％、Ti为2.6％～2.8％、W为1.7％～2.1％、Re为1.5％～2.5％、C为0.1％～0.15％、Cb为0.8％～1％、Zr为0.2％～0.3％、B为0.005％～0.01％、V为0.5～0.7％，余量为Ni。

2.一种镍基高温合金粉末，其特征是，用于制备空心涡轮叶片，其包含以下重量份数：Cr为27.5％、Co为18％、Al为2.7％、Ta为2.4％、Ti为2.7％、W为1.9％、Re为2.0％、C为0.15％、Cb为0.9％、Zr为0.25％、B为0.01％、V为0.6％，余量为Ni。

3.一种空心涡轮叶片的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

(7)将制得的空心涡轮叶片空冷至室温。

4.根据权利要求3所述的空心涡轮叶片的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，镍基高温合金粉末20～40μm。

5.根据权利要求3所述的空心涡轮叶片的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，放电等离子烧结温度为1100℃-1400℃，烧结压力为30Mpa-70Mpa；高能球磨转速为300-500rpm/min，时间为10h-15h，球料比选为7-10:1。

6.根据权利要求3所述的空心涡轮叶片的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，氧化锆/氧化铝纤维复合材料颗粒的质量百分比为0.5w％-5w％。

7.根据权利要求3所述的空心涡轮叶片的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，低能球磨转速为100-200rpm，时间为3-5h，球料比选为2-3:1。

8.根据权利要求1所述的空心涡轮叶片的制备方法，其特征在于：步骤(6)中，激光选区熔化成形设备的激光功率为1300W-1700w，扫描速度为3-6mm/s，送粉速率为1-2g/min。

9.根据权利要求3所述的空心涡轮叶片的制备方法，其特征在于：步骤(6)中，基板组件依次设有基板、隔热板和绝缘板。

10.根据权利要求3所述的空心涡轮叶片的制备方法，其特征在于：步骤(6)中，电流密度为2A-5A/dm²。