CN116967568A - 一种镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，包括以下步骤：S1、将复合焊材熔炼、浇注，然后制备成焊丝，预处理待用；S2、对待修补的镍基合金铸件进行检测，标记出缺陷位置；S3、对缺陷位置进行修补；S4、对焊接部位进行检测，满足无裂纹的要求后进入下一步，否则打磨去除裂纹处的焊材后重复步骤S3，对裂纹所在区域进行补焊，直至焊接部位无裂纹；S5、热处理；S6、机械打磨、加工至要求的尺寸，完成镍基合金铸件表面缺陷的修补。本发明提供了一种镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，能够实现镍基合金铸件的高质量修复。
Description
技术领域
本发明涉及镍基合金修复技术领域，特别涉及一种镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺。
背景技术
镍基合金是一种具有较高的强度和良好的抗氧化、抗氧气腐蚀能力的合金，通常能够作为高温合金应用与环境恶劣的场景中，例如制造先进航空发动机和涡轮叶片等零部件。正因其长应用在恶劣的环境中，其容易产生裂纹、变形、腐蚀坑缺陷，严重危害产品质量，需要对这些缺陷进行修复。
目前通常是采用焊接工艺进行修复，焊接修复的影响因素多，焊接材料、工艺参数、热处理状态等对修补后的产品性能均有影响，而其中，焊接材料是关键因素之一，目前通常通过优化焊接材料来提升焊接修复后的产品质量。
例如专利CN112453754B公开的用于K418B高温合金导向器铸造缺陷的焊料及补焊方法、专利CN114871631A公开的一种用于镍基高温合金表面修复的镍基合金粉末焊料等。
TiC、TiN等陶瓷颗粒具有硬度高、热稳定性强、抗氧化耐腐蚀性能优异等突出的性能特点，能够作为金属基颗粒增强材料，具备提高镍基合金综合性能的潜力，有望作为焊接材料的增强成分。例如CN105537711B公开的一种采用钛箔钎焊连接HastelloyN合金的方法，CN112222676B公开的一种微纳米粉体改性活性钎料及其制备方法等，均采用了TiC作为增强成分。但TiC、TiN存在与金属间的润湿性差、结合力弱等缺陷(于鹏超,易丹青,胡彬,等.化学镀Ni包覆TiC复合粉体的制备及显微组织[J].中国有色金属学报,2013(2):9.DOI:CNKI:SUN:ZYXZ.0.2013-02-021.)，导致其补强作用难以充分发挥，甚至会因为其在金属基体中的团聚等现象而增加基体的脆性，影响了此类陶瓷增强相的应用。
所以，现在有必要对现有技术进行改进，以提供更可靠的方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，包括以下步骤：
S1、将复合焊材熔炼、浇注，然后制备成焊丝，预处理待用；
S2、对待修补的镍基合金铸件进行检测，标记出缺陷位置；
S3、对缺陷位置进行修补：将待修补的镍基合金铸件预热，然后采用高频脉冲氩弧焊设备，将复合焊材和待修补的镍基合金铸件的基材同时熔化，逐层堆积，直至填满缺陷；
S4、对焊接部位进行检测，满足无裂纹的要求后进入下一步，否则打磨去除裂纹处的焊材后重复步骤S3，对裂纹所在区域进行补焊，直至焊接部位无裂纹；
S5、热处理；
S6、机械打磨、加工至要求的尺寸，完成镍基合金铸件表面缺陷的修补。
优选的是，所述的镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺包括以下步骤：
S1、将采用真空感应炉将复合焊材熔炼并浇注成直径为30-80mm的合金棒，然后采用线切割的方法将合金棒加工成直径为0.5-2mm的焊丝，采用机械加工的方法打磨掉焊丝表面的氧化皮，待用；
S2、对待修补的镍基合金铸件进行荧光检测，标记出缺陷位置；
S3、对缺陷位置进行修补：将待修补的镍基合金铸件预热至550℃，然后采用高频脉冲氩弧焊设备，将复合焊材和待修补的镍基合金铸件的基材同时熔化，逐层堆积，直至填满缺陷；
S4、对焊接部位进行检测，满足无裂纹的要求后进入下一步，否则打磨去除裂纹处的焊材后重复步骤S3，对裂纹所在区域进行补焊，直至焊接部位无裂纹；
S5、热处理；
S6、机械打磨、加工至要求的尺寸，完成镍基合金铸件表面缺陷的修补。
优选的是，步骤S5具体为：将修补后的镍基合金铸件在真空加热炉中于800℃下保温2h，然后以5-15℃/min的速率降温至450℃，再保温3h，随炉冷却至室温。
优选的是，所述复合焊材按质量百分比计包括43-68％的母材和32-57％的活性焊材，其中，母材的成分与待修补的镍基合金铸件的基材成分相同；
活性焊材包括按质量百分比计的以下原料组成：TiC-TiN-AgCrNi合金粉末4.2-9.6％，Cr 13.2-17.8％，Co 5.2-8.7％，Mn 2.4-5.5％，余量为Ni。
优选的是，复合焊材通过以下方法制备得到：
S1-1、将TiC-TiN-AgCrNi合金粉末、Cr粉、Co粉、Mn粉、Ni粉在加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀1～4h；所得混合粉末在氩气气氛中、1200-1350℃下熔炼10-45min，降温至600-750℃，保温30-60min，冷却至室温，磨粉，得到活性焊材粉末；
S1-2、将母材磨粉，然后与活性焊材粉末混合，加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀30-120min，得到复合焊材。
优选的是，活性焊材包括按质量百分比计的以下原料组成：TiC-TiN-AgCrNi合金粉末6.8％，Cr 15.6％，Co 7.4％，Mn 3.9％，余量为Ni。
优选的是，待修补的镍基合金铸件的基材成分按质量百分比为：
Cr：22.0～24.0％；Mo：15.00～17.0％；Fe：1.4～3.0％；Cu：1.3～1.9％；C：≤0.010％，Si：≤0.08；P：≤0.040，余量为Ni。
优选的是，所述TiC-TiN-AgCrNi合金粉末通过以下方法制备得到：
1)将钛酸异丙醇、乙酰丙酮加入乙二醇中，搅拌均匀，超声分散30-90min，得到前驱液1；
2)将Ni(NO3)2、AgNO3、Cr(NO3)3·9H2O、尿素、葡萄糖加入去离子水中，搅拌5-30min，得到前驱液2；
3)于持续搅拌下，将前驱液1滴加到前驱液2中，控制滴加速度为10-25滴/min，滴加完成后在75-95℃下搅拌反应2-4h，然后在100-130℃下烘干0.5-2h，最后在1250-1430℃下加热1-4h，得到TiC-TiN-AgCrNi合金粉末；
其中，钛酸异丙醇：Ni(NO3)2：AgNO3：Cr(NO3)3·9H2O：尿素：葡萄糖的摩尔比＝1:(0.5-0.85):(0.04-0.12):(0.35-0.65):(0.24-0.51):(0.5-0.8)。
优选的是，所述TiC-TiN-AgCrNi合金粉末通过以下方法制备得到：
1)将钛酸异丙醇、乙酰丙酮加入乙二醇中，搅拌均匀，超声分散45min，得到前驱液1；
2)将Ni(NO3)2、AgNO3、Cr(NO3)3·9H2O、尿素、葡萄糖加入去离子水中，搅拌10min，得到前驱液2；
3)于持续搅拌下，将前驱液1滴加到前驱液2中，控制滴加速度为15滴/min，滴加完成后再85℃下搅拌反应3h，然后在120℃下烘干1h，最后在1350℃下加热2h，得到TiC-TiN-AgCrNi合金粉末。
优选的是，其中，所述TiC-TiN-AgCrNi合金粉末的原料的添加比例具体如下：
钛酸异丙醇:Ni(NO3)2:AgNO3:Cr(NO3)3·9H2O:尿素:葡萄糖的摩尔比＝1:0.75:0.08:0.5:0.37:0.65；
乙二醇：乙酰丙醇：钛酸异丙醇的摩尔比＝20:0.3:1；
去离子水：Ni(NO3)2的摩尔比＝50:1。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，能够实现镍基合金铸件的高质量修复，本发明中采用复合焊材对镍基合金铸件表面缺陷进行修补，该复合焊材中包含部分与待修复的镍基合金铸件的基材成分相同的母材，该部分母材具有较高的熔点，能够提高高温强度和高温稳定性；同时由于该部分母材与基材成分相同，能够提高复合焊材与基材间的润湿性和结合强度；
本发明的复合焊材还包含部分活性焊材，其原料成分包括Ni、Cr、Co、Mn和TiC-TiN-AgCrNi合金粉末；Cr能够提高镍基合金的抗氧化、抗腐蚀性能，且能够在合金表面形成致密、稳定的Cr203保护膜，从而可提升合金的强度。Co能够提高提高镍基合金的耐热性能以及材料的强度。Mn能够促进合金晶粒细化，可在一定程度上提升抗拉强度。
本发明中采用TiC-TiN-AgCrNi合金粉末体系引入与陶瓷增强相，能够克服TiC、TiN与镍基体润湿性差、结合力较弱等缺陷，可以充分发挥TiC、TiN等相的补强作用。
附图说明
图1为本发明的镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺的流程图；
图2为本发明的本实施例1中制备的TiC-TiN-AgCrNi合金粉末的XRD图谱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
下列实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法。下列实施例中所用的材料试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。下列实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者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。
本发明提供一种镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，包括以下步骤：
S1、将采用真空感应炉将复合焊材熔炼并浇注成直径为30-80mm的合金棒，然后采用线切割的方法将合金棒加工成直径为0.5-2mm的焊丝，采用机械加工的方法打磨掉焊丝表面的氧化皮，待用；
S2、对待修补的镍基合金铸件进行荧光检测，标记出缺陷位置；
S3、对缺陷位置进行修补：将待修补的镍基合金铸件预热至550℃，然后采用高频脉冲氩弧焊设备，将复合焊材和待修补的镍基合金铸件的基材同时熔化，逐层堆积，直至填满缺陷；
S4、对焊接部位进行检测，满足无裂纹的要求后进入下一步，否则打磨去除裂纹处的焊材后重复步骤S3，对裂纹所在区域进行补焊，直至焊接部位无裂纹；
S5、热处理：将修补后的镍基合金铸件在真空加热炉中于800℃下保温2h，然后以5-15℃/min的速率降温至450℃，再保温3h，随炉冷却至室温；
S6、机械打磨、加工至要求的尺寸，完成镍基合金铸件表面缺陷的修补。
本发明中，复合焊材按质量百分比计包括43-68％的母材和32-57％的活性焊材，其中，母材的成分与待修补的镍基合金铸件的基材成分相同；
其中，活性焊材包括按质量百分比计的以下原料组成：TiC-TiN-AgCrNi合金粉末4.2-9.6％，Cr 13.2-17.8％，Co 5.2-8.7％，Mn 2.4-5.5％，余量为Ni。
本发明中，复合焊材通过以下方法制备得到：
S1-1、将TiC-TiN-AgCrNi合金粉末、Cr粉、Co粉、Mn粉、Ni粉在加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀1～4h；所得混合粉末在氩气气氛中、1200-1350℃下熔炼10-45min，降温至600-750℃，保温30-60min，冷却至室温，磨粉，得到活性焊材粉末；
S1-2、将母材磨粉，然后与活性焊材粉末混合，加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀30-120min，得到复合焊材。
本发明中，TiC-TiN-AgCrNi合金粉末通过以下方法制备得到：
1)将钛酸异丙醇、乙酰丙酮加入乙二醇中，搅拌均匀，超声分散30-90min，得到前驱液1；
2)将Ni(NO3)2、AgNO3、Cr(NO3)3·9H2O、尿素、葡萄糖加入去离子水中，搅拌5-30min，得到前驱液2；
3)于持续搅拌下，将前驱液1滴加到前驱液2中，控制滴加速度为10-25滴/min，滴加完成后在75-95℃下搅拌反应2-4h，然后在100-130℃下烘干0.5-2h，最后在1250-1430℃下加热1-4h，得到TiC-TiN-AgCrNi合金粉末；
其中，钛酸异丙醇：Ni(NO3)2：AgNO3：Cr(NO3)3·9H2O：尿素：葡萄糖的摩尔比＝1:(0.5-0.85):(0.04-0.12):(0.35-0.65):(0.24-0.51):(0.5-0.8)；
乙二醇：乙酰丙醇：钛酸异丙醇的摩尔比＝(15-25):(0.2-0.45):1；
去离子水：Ni(NO3)2的摩尔比＝(40-70):1。
在一种优选的实施例中，待修补的镍基合金铸件的基材成分按质量百分比为：
Cr：22.0～24.0％；Mo：15.00～17.0％；Fe：1.4～3.0％；Cu：1.3～1.9％；C：≤0.010％，Si：≤0.08；P：≤0.040，余量为Ni。
本发明中采用复合焊材对镍基合金铸件表面缺陷进行修补，该复合焊材中包含部分与待修复的镍基合金铸件的基材成分相同的母材，该部分母材具有较高的熔点，能够提高高温强度和高温稳定性；同时由于该部分母材与基材成分相同，能够提高复合焊材与基材间的润湿性和结合强度；
本发明的复合焊材还包含部分活性焊材，其原料成分包括Ni、Cr、Co、Mn和TiC-TiN-AgCrNi合金粉末；Cr能够提高镍基合金的抗氧化、抗腐蚀性能，且能够在合金表面形成致密、稳定的Cr203保护膜，从而可提升合金的强度。Co能够提高提高镍基合金的耐热性能以及材料的强度。Mn能够促进合金晶粒细化，可在一定程度上提升抗拉强度。
而TiC-TiN-AgCrNi合金粉末的添加，通过引入大量的陶瓷增强相：TiC、TiN，能够加大提高镍基合金的表面强度和耐磨性能，且本发明中采用合金粉末体系引入与陶瓷增强相，能够克服TiC、TiN与镍基体润湿性差、结合力较弱等缺陷，可以充分发挥TiC、TiN等相的补强作用。
TiC、TiN具有硬度高、热稳定性强、抗氧化耐腐蚀性能优异等突出的性能特点，能够作为金属基颗粒增强材料，具备提高镍基合金综合性能的潜力，但其存在与金属间的润湿性差、结合力弱等缺陷，导致其补强作用难以充分发挥，甚至会因为其在金属基体中的团聚等现象而增加基体的脆性，影响了此类陶瓷增强相的应用。本发明中通过制备TiC-TiN-AgCrNi合金粉末的结构体系引入TiC、TiN，能够解决上述问题。
本发明采用溶胶-凝胶法制备得到了富含TiC、TiN等相的TiC-TiN-AgCrNi合金粉末，其中主体基材Ni对TiC、TiN的复掺、包覆，一方面能够极大提高后续焊接修补镍基合金时TiC、TiN与镍基合金基体件的润湿性和结合强度，另一方面，在TiC、TiN的形成过程中，Ni的存在能够细化晶粒，并且能够促进TiC、TiN相的形成(刘彦霞,鲁玉祥,张亚萍,等.Ni在机械合金化合成TiC过程中的研究[J].粉末冶金技术,2007,25(2):4.DOI:10.3321/j.issn:1001-3784.2007.02.004.)，最终可提高强度，其促进原理过程主要为：
Ni+Ti→NiTi
NiTi+C→TiC+Ni
NiTi+N→TiN+Ni。
该TiC-TiN-AgCrNi合金粉末中的Ag能够起到改善焊材润湿性的作用，Cr的添加能够提高抗氧化性能。该TiC-TiN-AgCrNi合金粉末与活性焊材中的其他成分具有很好的润湿性，焊材成分均匀性好，与待焊接的镍基合金基材之间的结合力强，从而可以实现镍基合金铸件表面缺陷的高效修补。
以上为本发明的总体构思，以下在其基础上提供详细的实施例和对比例，以对本发明作进一步说明。
实施例1
一种镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，包括以下步骤：
S1、将采用真空感应炉将复合焊材熔炼并浇注成直径为50mm的合金棒，然后采用线切割的方法将合金棒加工成直径为1mm的焊丝，采用机械加工的方法打磨掉焊丝表面的氧化皮，待用；
S2、对待修补的镍基合金铸件进行荧光检测，标记出缺陷位置；
S3、对缺陷位置进行修补：将待修补的镍基合金铸件预热至550℃，然后采用高频脉冲氩弧焊设备，将复合焊材和待修补的镍基合金铸件的基材同时熔化，逐层堆积，直至填满缺陷；
S4、对焊接部位进行检测，满足无裂纹的要求后进入下一步，否则打磨去除裂纹处的焊材后重复步骤S3，对裂纹所在区域进行补焊，直至焊接部位无裂纹；
S5、热处理：将修补后的镍基合金铸件在真空加热炉中于800℃下保温2h，然后以10℃/min的速率降温至450℃，再保温3h，随炉冷却至室温；
S6、机械打磨、加工至要求的尺寸，完成镍基合金铸件表面缺陷的修补。
本实施例中，复合焊材按质量百分比计包括46％的母材和54％的活性焊材。
其中，母材的成分与待修补的镍基合金铸件的基材成分相同，母材的成分按质量百分比为：
Cr：23.6％；Mo：15.7％；Fe：2.4％；Cu：1.55％；C：≤0.010％，Si：≤0.08；
P：≤0.040，余量为Ni。
其中，活性焊材包括按质量百分比计的以下原料组成：TiC-TiN-AgCrNi合金粉末6.8％，Cr 15.6％，Co 7.4％，Mn 3.9％，余量为Ni。
本实施例中，TiC-TiN-AgCrNi合金粉末通过以下方法制备得到：
1)将钛酸异丙醇、乙酰丙酮加入乙二醇中，搅拌均匀，超声分散45min，得到前驱液1；
2)将Ni(NO3)2、AgNO3、Cr(NO3)3·9H2O、尿素、葡萄糖加入去离子水中，搅拌10min，得到前驱液2；
3)于持续搅拌下，将前驱液1滴加到前驱液2中，控制滴加速度为15滴/min，滴加完成后再85℃下搅拌反应3h，然后在120℃下烘干1h，最后在1350℃下加热2h，得到TiC-TiN-AgCrNi合金粉末；
其中，TiC-TiN-AgCrNi合金粉末的原料的添加比例具体如下：
钛酸异丙醇:Ni(NO3)2:AgNO3:Cr(NO3)3·9H2O:尿素:葡萄糖的摩尔比＝1:0.75:0.08:0.5:0.37:0.65。
本实施例中，复合焊材通过以下方法制备得到：
S1-1、将TiC-TiN-AgCrNi合金粉末、Cr粉、Co粉、Mn粉、Ni粉在加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀2h；所得混合粉末在氩气气氛中、1320℃下熔炼25min，降温至650℃，保温40min，冷却至室温，磨粉，得到活性焊材粉末；
S1-2、将母材磨粉，然后与活性焊材粉末混合，加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀60min，得到复合焊材。
参照图2，为本实施例中制备的TiC-TiN-AgCrNi合金粉末的XRD图谱，可以看出其中富含TiC、TiN等增强相。
实施例2
一种镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，包括以下步骤：
S1、将采用真空感应炉将复合焊材熔炼并浇注成直径为50mm的合金棒，然后采用线切割的方法将合金棒加工成直径为1mm的焊丝，采用机械加工的方法打磨掉焊丝表面的氧化皮，待用；
S2、对待修补的镍基合金铸件进行荧光检测，标记出缺陷位置；
S3、对缺陷位置进行修补：将待修补的镍基合金铸件预热至550℃，然后采用高频脉冲氩弧焊设备，将复合焊材和待修补的镍基合金铸件的基材同时熔化，逐层堆积，直至填满缺陷；
S4、对焊接部位进行检测，满足无裂纹的要求后进入下一步，否则打磨去除裂纹处的焊材后重复步骤S3，对裂纹所在区域进行补焊，直至焊接部位无裂纹；
S5、热处理：将修补后的镍基合金铸件在真空加热炉中于750℃下保温2h，然后以15℃/min的速率降温至450℃，再保温3h，随炉冷却至室温；
S6、机械打磨、加工至要求的尺寸，完成镍基合金铸件表面缺陷的修补。
本实施例中，复合焊材按质量百分比计包括44％的母材和56％的活性焊材。
其中，母材的成分与待修补的镍基合金铸件的基材成分相同，母材的成分按质量百分比为：
Cr：23.6％；Mo：15.7％；Fe：2.4％；Cu：1.55％；C：≤0.010％，Si：≤0.08；
P：≤0.040，余量为Ni。
其中，活性焊材包括按质量百分比计的以下原料组成：TiC-TiN-AgCrNi合金粉末6.8％，Cr 15.6％，Co 7.4％，Mn 3.9％，余量为Ni。
本实施例中，TiC-TiN-AgCrNi合金粉末通过以下方法制备得到：
1)将钛酸异丙醇、乙酰丙酮加入乙二醇中，搅拌均匀，超声分散45min，得到前驱液1；
2)将Ni(NO3)2、AgNO3、Cr(NO3)3·9H2O、尿素、葡萄糖加入去离子水中，搅拌10min，得到前驱液2；
3)于持续搅拌下，将前驱液1滴加到前驱液2中，控制滴加速度为15滴/min，滴加完成后再85℃下搅拌反应3h，然后在120℃下烘干1h，最后在1350℃下加热2h，得到TiC-TiN-AgCrNi合金粉末；
其中，TiC-TiN-AgCrNi合金粉末的原料的添加比例具体如下：
钛酸异丙醇:Ni(NO3)2:AgNO3:Cr(NO3)3·9H2O:尿素:葡萄糖的摩尔比＝1:0.75:0.08:0.5:0.37:0.65。
本实施例中，复合焊材通过以下方法制备得到：
S1-1、将TiC-TiN-AgCrNi合金粉末、Cr粉、Co粉、Mn粉、Ni粉在加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀2h；所得混合粉末在氩气气氛中、1320℃下熔炼25min，降温至650℃，保温40min，冷却至室温，磨粉，得到活性焊材粉末；
S1-2、将母材磨粉，然后与活性焊材粉末混合，加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀60min，得到复合焊材。
实施例3
一种镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，包括以下步骤：
S1、将采用真空感应炉将复合焊材熔炼并浇注成直径为50mm的合金棒，然后采用线切割的方法将合金棒加工成直径为1mm的焊丝，采用机械加工的方法打磨掉焊丝表面的氧化皮，待用；
S2、对待修补的镍基合金铸件进行荧光检测，标记出缺陷位置；
S3、对缺陷位置进行修补：将待修补的镍基合金铸件预热至550℃，然后采用高频脉冲氩弧焊设备，将复合焊材和待修补的镍基合金铸件的基材同时熔化，逐层堆积，直至填满缺陷；
S4、对焊接部位进行检测，满足无裂纹的要求后进入下一步，否则打磨去除裂纹处的焊材后重复步骤S3，对裂纹所在区域进行补焊，直至焊接部位无裂纹；
S5、热处理：将修补后的镍基合金铸件在真空加热炉中于800℃下保温2h，然后以10℃/min的速率降温至450℃，再保温3h，随炉冷却至室温；
S6、机械打磨、加工至要求的尺寸，完成镍基合金铸件表面缺陷的修补。
本实施例中，复合焊材按质量百分比计包括50％的母材和50％的活性焊材。
其中，母材的成分与待修补的镍基合金铸件的基材成分相同，母材的成分按质量百分比为：
Cr：23.6％；Mo：15.7％；Fe：2.4％；Cu：1.55％；C：≤0.010％，Si：≤0.08；
P：≤0.040，余量为Ni。
其中，活性焊材包括按质量百分比计的以下原料组成：TiC-TiN-AgCrNi合金粉末6.8％，Cr 15.6％，Co 7.4％，Mn 3.9％，余量为Ni。
本实施例中，TiC-TiN-AgCrNi合金粉末通过以下方法制备得到：
1)将钛酸异丙醇、乙酰丙酮加入乙二醇中，搅拌均匀，超声分散45min，得到前驱液1；
2)将Ni(NO3)2、AgNO3、Cr(NO3)3·9H2O、尿素、葡萄糖加入去离子水中，搅拌10min，得到前驱液2；
3)于持续搅拌下，将前驱液1滴加到前驱液2中，控制滴加速度为15滴/min，滴加完成后再85℃下搅拌反应3h，然后在120℃下烘干1h，最后在1350℃下加热2h，得到TiC-TiN-AgCrNi合金粉末；
其中，TiC-TiN-AgCrNi合金粉末的原料的添加比例具体如下：
钛酸异丙醇:Ni(NO3)2:AgNO3:Cr(NO3)3·9H2O:尿素:葡萄糖的摩尔比＝1:0.75:0.08:0.5:0.37:0.65。
本实施例中，复合焊材通过以下方法制备得到：
S1-1、将TiC-TiN-AgCrNi合金粉末、Cr粉、Co粉、Mn粉、Ni粉在加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀2h；所得混合粉末在氩气气氛中、1320℃下熔炼25min，降温至650℃，保温40min，冷却至室温，磨粉，得到活性焊材粉末；
S1-2、将母材磨粉，然后与活性焊材粉末混合，加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀60min，得到复合焊材。
实施例4
一种镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，包括以下步骤：
S1、将采用真空感应炉将复合焊材熔炼并浇注成直径为50mm的合金棒，然后采用线切割的方法将合金棒加工成直径为1mm的焊丝，采用机械加工的方法打磨掉焊丝表面的氧化皮，待用；
S2、对待修补的镍基合金铸件进行荧光检测，标记出缺陷位置；
S3、对缺陷位置进行修补：将待修补的镍基合金铸件预热至550℃，然后采用高频脉冲氩弧焊设备，将复合焊材和待修补的镍基合金铸件的基材同时熔化，逐层堆积，直至填满缺陷；
S4、对焊接部位进行检测，满足无裂纹的要求后进入下一步，否则打磨去除裂纹处的焊材后重复步骤S3，对裂纹所在区域进行补焊，直至焊接部位无裂纹；
S5、热处理：将修补后的镍基合金铸件在真空加热炉中于800℃下保温2h，然后以10℃/min的速率降温至450℃，再保温3h，随炉冷却至室温；
S6、机械打磨、加工至要求的尺寸，完成镍基合金铸件表面缺陷的修补。
本实施例中，复合焊材按质量百分比计包括43％的母材和57％的活性焊材。
其中，母材的成分与待修补的镍基合金铸件的基材成分相同，母材的成分按质量百分比为：
Cr：23.6％；Mo：15.7％；Fe：2.4％；Cu：1.55％；C：≤0.010％，Si：≤0.08；
P：≤0.040，余量为Ni。
其中，活性焊材包括按质量百分比计的以下原料组成：TiC-TiN-AgCrNi合金粉末6.8％，Cr 15.6％，Co 7.4％，Mn 3.9％，余量为Ni。
本实施例中，TiC-TiN-AgCrNi合金粉末通过以下方法制备得到：
1)将钛酸异丙醇、乙酰丙酮加入乙二醇中，搅拌均匀，超声分散45min，得到前驱液1；
2)将Ni(NO3)2、AgNO3、Cr(NO3)3·9H2O、尿素、葡萄糖加入去离子水中，搅拌10min，得到前驱液2；
3)于持续搅拌下，将前驱液1滴加到前驱液2中，控制滴加速度为15滴/min，滴加完成后再85℃下搅拌反应3h，然后在120℃下烘干1h，最后在1350℃下加热2h，得到TiC-TiN-AgCrNi合金粉末；
其中，TiC-TiN-AgCrNi合金粉末的原料的添加比例具体如下：
钛酸异丙醇:Ni(NO3)2:AgNO3:Cr(NO3)3·9H2O:尿素:葡萄糖的摩尔比＝1:0.75:0.08:0.5:0.37:0.65。
本实施例中，复合焊材通过以下方法制备得到：
S1-1、将TiC-TiN-AgCrNi合金粉末、Cr粉、Co粉、Mn粉、Ni粉在加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀2h；所得混合粉末在氩气气氛中、1320℃下熔炼25min，降温至650℃，保温40min，冷却至室温，磨粉，得到活性焊材粉末；
S1-2、将母材磨粉，然后与活性焊材粉末混合，加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀60min，得到复合焊材。
实施例5
一种镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，包括以下步骤：
S1、将采用真空感应炉将复合焊材熔炼并浇注成直径为50mm的合金棒，然后采用线切割的方法将合金棒加工成直径为1mm的焊丝，采用机械加工的方法打磨掉焊丝表面的氧化皮，待用；
S2、对待修补的镍基合金铸件进行荧光检测，标记出缺陷位置；
S3、对缺陷位置进行修补：将待修补的镍基合金铸件预热至550℃，然后采用高频脉冲氩弧焊设备，将复合焊材和待修补的镍基合金铸件的基材同时熔化，逐层堆积，直至填满缺陷；
S4、对焊接部位进行检测，满足无裂纹的要求后进入下一步，否则打磨去除裂纹处的焊材后重复步骤S3，对裂纹所在区域进行补焊，直至焊接部位无裂纹；
S5、热处理：将修补后的镍基合金铸件在真空加热炉中于800℃下保温2h，然后以10℃/min的速率降温至450℃，再保温3h，随炉冷却至室温；
S6、机械打磨、加工至要求的尺寸，完成镍基合金铸件表面缺陷的修补。
本实施例中，复合焊材按质量百分比计包括46％的母材和54％的活性焊材。
其中，母材的成分与待修补的镍基合金铸件的基材成分相同，母材的成分按质量百分比为：
Cr：23.6％；Mo：15.7％；Fe：2.4％；Cu：1.55％；C：≤0.010％，Si：≤0.08；
P：≤0.040，余量为Ni。
其中，活性焊材包括按质量百分比计的以下原料组成：TiC-TiN-AgCrNi合金粉末6.8％，Cr 15.6％，Co 7.4％，Mn 3.9％，余量为Ni。
本实施例中，TiC-TiN-AgCrNi合金粉末通过以下方法制备得到：
1)将钛酸异丙醇、乙酰丙酮加入乙二醇中，搅拌均匀，超声分散45min，得到前驱液1；
2)将Ni(NO3)2、AgNO3、Cr(NO3)3·9H2O、尿素、葡萄糖加入去离子水中，搅拌10min，得到前驱液2；
3)于持续搅拌下，将前驱液1滴加到前驱液2中，控制滴加速度为15滴/min，滴加完成后再85℃下搅拌反应3h，然后在120℃下烘干1h，最后在1350℃下加热2h，得到TiC-TiN-AgCrNi合金粉末；
其中，TiC-TiN-AgCrNi合金粉末的原料的添加比例具体如下：
钛酸异丙醇:Ni(NO3)2:AgNO3:Cr(NO3)3·9H2O:尿素:葡萄糖的摩尔比＝1:0.75:0.08:0.5:0.37:0.65。
本实施例中，复合焊材通过以下方法制备得到：
S1-1、将TiC-TiN-AgCrNi合金粉末、Cr粉、Co粉、Mn粉、Ni粉在加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀1.5h；所得混合粉末在氩气气氛中、1350℃下熔炼25min，降温至700℃，保温40min，冷却至室温，磨粉，得到活性焊材粉末；
S1-2、将母材磨粉，然后与活性焊材粉末混合，加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀60min，得到复合焊材。
对比例1
本例提供一种复合焊材，按质量百分比计包括46％的母材和54％的活性焊材，母材的成分按质量百分比为：
Cr：23.6％；Mo：15.7％；Fe：2.4％；Cu：1.55％；C：≤0.010％，Si：≤0.08；
P：≤0.040，余量为Ni。
活性焊材包括按质量百分比计的以下原料组成：TiC 1.5％，TiN 1.1％，Cr16.8％，Co 7.4％，Mn 3.9％，余量为Ni。
采用实施例1-5和对比例1提供的复合焊材，采用以下方法对其进行焊接性能测试：
S1、将采用真空感应炉将复合焊材熔炼并浇注成直径为50mm的合金棒，然后采用线切割的方法将合金棒加工成直径为1mm的焊丝，采用机械加工的方法打磨掉焊丝表面的氧化皮，待用；
S2、利用镍基合金铸件制备焊接测试基板和测试块，其中测试块上开设深度8mm、直径10mm的凹孔；该镍基合金铸件的成分按质量百分比为：
Cr：23.6％；Mo：15.7％；Fe：2.4％；Cu：1.55％；C：≤0.010％，Si：≤0.08；
P：≤0.040，余量为Ni。
S3、将测试基板和测试块预热至550℃，然后采用高频脉冲氩弧焊设备，将两测试基板焊接在一起，获得测试接头；在测试块的凹孔上堆焊填补凹孔；
S4、对焊接部位进行检测，满足无裂纹的要求后进入下一步，否则打磨去除裂纹处的焊材后重复步骤S3，对裂纹所在区域进行补焊，直至焊接部位无裂纹；
S5、热处理：将修补后的镍基合金铸件在真空加热炉中于800℃下保温2h，然后以10℃/min的速率降温至450℃，再保温3h，随炉冷却至室温；
S6、机械打磨、加工至表面平整，得到测试接头和测试块。
测试接头采用电子万能试验机进行剪切试验，测试常温剪切强度和600℃下的高温剪切强度，通过硬度计对测试块的焊接位置进行硬度检测。
测试结果如下表1所示：
表1
从表1的测试结果可以看出，实施例1-5能够获得较高的强度和硬度，对比例1中由于未能解决TiC、TiN与金属间的润湿性差、结合力弱等问题，综合性能出现了显著下降。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (10)
1.一种镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将复合焊材熔炼、浇注，然后制备成焊丝，预处理待用；
S2、对待修补的镍基合金铸件进行检测，标记出缺陷位置；
S3、对缺陷位置进行修补：将待修补的镍基合金铸件预热，然后采用高频脉冲氩弧焊设备，将复合焊材和待修补的镍基合金铸件的基材同时熔化，逐层堆积，直至填满缺陷；
S4、对焊接部位进行检测，满足无裂纹的要求后进入下一步，否则打磨去除裂纹处的焊材后重复步骤S3，对裂纹所在区域进行补焊，直至焊接部位无裂纹；
S5、热处理；
S6、机械打磨、加工至要求的尺寸，完成镍基合金铸件表面缺陷的修补。
2.根据权利要求1所述的镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将采用真空感应炉将复合焊材熔炼并浇注成直径为30-80mm的合金棒，然后采用线切割的方法将合金棒加工成直径为0.5-2mm的焊丝，采用机械加工的方法打磨掉焊丝表面的氧化皮，待用；
S2、对待修补的镍基合金铸件进行荧光检测，标记出缺陷位置；
S3、对缺陷位置进行修补：将待修补的镍基合金铸件预热至550℃，然后采用高频脉冲氩弧焊设备，将复合焊材和待修补的镍基合金铸件的基材同时熔化，逐层堆积，直至填满缺陷；
S4、对焊接部位进行检测，满足无裂纹的要求后进入下一步，否则打磨去除裂纹处的焊材后重复步骤S3，对裂纹所在区域进行补焊，直至焊接部位无裂纹；
S5、热处理；
S6、机械打磨、加工至要求的尺寸，完成镍基合金铸件表面缺陷的修补。
3.根据权利要求2所述的镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，其特征在于，步骤S5具体为：将修补后的镍基合金铸件在真空加热炉中于800℃下保温2h，然后以5-15℃/min的速率降温至450℃，再保温3h，随炉冷却至室温。
4.根据权利要求1所述的镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，其特征在于，所述复合焊材按质量百分比计包括43-68％的母材和32-57％的活性焊材，其中，母材的成分与待修补的镍基合金铸件的基材成分相同；
活性焊材包括按质量百分比计的以下原料组成：TiC-TiN-AgCrNi合金粉末4.2-9.6％，Cr 13.2-17.8％，Co 5.2-8.7％，Mn 2.4-5.5％，余量为Ni。
5.根据权利要求4所述的镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，其特征在于，复合焊材通过以下方法制备得到：
S1-1、将TiC-TiN-AgCrNi合金粉末、Cr粉、Co粉、Mn粉、Ni粉在加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀1～4h；所得混合粉末在氩气气氛中、1200-1350℃下熔炼10-45min，降温至600-750℃，保温30-60min，冷却至室温，磨粉，得到活性焊材粉末；
S1-2、将母材磨粉，然后与活性焊材粉末混合，加入真空球磨机中，于氩气保护下球磨混匀30-120min，得到复合焊材。
6.根据权利要求5所述的镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，其特征在于，活性焊材包括按质量百分比计的以下原料组成：TiC-TiN-AgCrNi合金粉末6.8％，Cr 15.6％，Co7.4％，Mn 3.9％，余量为Ni。
7.根据权利要求4所述的镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，其特征在于，待修补的镍基合金铸件的基材成分按质量百分比为：
Cr：22.0～24.0％；Mo：15.00～17.0％；Fe：1.4～3.0％；Cu：1.3～1.9％；C：≤0.010％，Si：≤0.08；P：≤0.040，余量为Ni。
8.根据权利要求5或6所述的镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，其特征在于，所述TiC-TiN-AgCrNi合金粉末通过以下方法制备得到：
1)将钛酸异丙醇、乙酰丙酮加入乙二醇中，搅拌均匀，超声分散30-90min，得到前驱液1；
2)将Ni(NO3)2、AgNO3、Cr(NO3)3·9H2O、尿素、葡萄糖加入去离子水中，搅拌5-30min，得到前驱液2；
3)于持续搅拌下，将前驱液1滴加到前驱液2中，控制滴加速度为10-25滴/min，滴加完成后在75-95℃下搅拌反应2-4h，然后在100-130℃下烘干0.5-2h，最后在1250-1430℃下加热1-4h，得到TiC-TiN-AgCrNi合金粉末；
其中，钛酸异丙醇：Ni(NO3)2：AgNO3：Cr(NO3)3·9H2O：尿素：葡萄糖的摩尔比＝1:(0.5-0.85):(0.04-0.12):(0.35-0.65):(0.24-0.51):(0.5-0.8)。
9.根据权利要求8所述的镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，其特征在于，所述TiC-TiN-AgCrNi合金粉末通过以下方法制备得到：
1)将钛酸异丙醇、乙酰丙酮加入乙二醇中，搅拌均匀，超声分散45min，得到前驱液1；
2)将Ni(NO3)2、AgNO3、Cr(NO3)3·9H2O、尿素、葡萄糖加入去离子水中，搅拌10min，得到前驱液2；
3)于持续搅拌下，将前驱液1滴加到前驱液2中，控制滴加速度为15滴/min，滴加完成后再85℃下搅拌反应3h，然后在120℃下烘干1h，最后在1350℃下加热2h，得到TiC-TiN-AgCrNi合金粉末。
10.根据权利要求9所述的镍基合金铸件表面缺陷的修补工艺，其特征在于，其中，所述TiC-TiN-AgCrNi合金粉末的原料的添加比例具体如下：
钛酸异丙醇:Ni(NO3)2:AgNO3:Cr(NO3)3·9H2O:尿素:葡萄糖的摩尔比＝1:0.75:0.08:0.5:0.37:0.65；
乙二醇：乙酰丙醇：钛酸异丙醇的摩尔比＝20:0.3:1；
去离子水：Ni(NO3)2的摩尔比＝50:1。
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