專(zhuān)利名稱(chēng)：用于擴(kuò)散釬焊組件或重修超級(jí)合金部件表面的復(fù)合粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于擴(kuò)散釬焊組裝超級(jí)合金部件或重修超級(jí)合金部件表面的復(fù)合粉末。
背景技術(shù)：
釬焊是一種通常用于通過(guò)填料金屬將兩個(gè)金屬部件組裝在一起的方法，所述兩個(gè)金屬部件由相同或不同的材料制成，所述填料金屬的熔點(diǎn)比兩個(gè)部件的材料的熔點(diǎn)低很多。使填料金屬進(jìn)入液態(tài)，由填料金屬對(duì)金屬部件進(jìn)行加熱，但金屬部件仍處于固態(tài)。在通用術(shù)語(yǔ)中，擴(kuò)散釬焊，還被稱(chēng)為瞬態(tài)液相連接，是一種用于將兩個(gè)金屬部件組裝在一起的操作，這種操作與釬焊類(lèi)似，但在釬焊中，填料金屬和被組裝在一起的部件之間的成分差異由擴(kuò)散熱處理逐漸再次吸收。該熱處理導(dǎo)致被形成的連接在化學(xué)性質(zhì)上幾乎是同質(zhì)的，并呈現(xiàn)出與被組裝在一起的部件的性質(zhì)相近的性質(zhì)。從而，擴(kuò)散釬焊被認(rèn)為是其中合并了擴(kuò)散處理的傳統(tǒng)釬焊。當(dāng)將兩個(gè)部件組裝在一起時(shí)，采用化學(xué)成分與被組裝在一起的部件的化學(xué)成分相近的、但熔點(diǎn)較低的填料金屬。在擴(kuò)散釬焊過(guò)程中，填料金屬熔化并浸潤(rùn)要被組裝在一起的部件的表面，然后，填料金屬中的添加成分?jǐn)U散進(jìn)入所述部件的材料，以等溫方式固化填料金屬，從而使部件的成分變得與以這種方式形成的釬焊焊珠的成分同質(zhì)。在擴(kuò)散釬焊的最后階段，填料金屬與所述部件的材料成為一體，并與所述部件的材料無(wú)差別。如上文所述，這種方法使得可以將多個(gè)部件組裝在一起，同時(shí)使被組裝在一起的部件以及它們的連接的機(jī)械性能和冶金性能與原始部件的機(jī)械性能和冶金性能相媲美。這種方式中所采用的溫度還適合于通常用于制造這些部件的超級(jí)合金，特別是在航空領(lǐng)域中。在將兩個(gè)部件組裝在一起時(shí)，擴(kuò)散釬焊的應(yīng)用特別受到兩個(gè)部件之間的間隙的限制。如果間隙過(guò)大，釬焊所形成的連接的強(qiáng)度就較弱，不能滿(mǎn)足所述的技術(shù)指標(biāo)。從而，這些問(wèn)題促使本發(fā)明申請(qǐng)的申請(qǐng)人開(kāi)發(fā)擴(kuò)散釬焊方法的改進(jìn)方法，用于具有毫米量級(jí)的較大間隙的應(yīng)用情況。該擴(kuò)散釬焊方法具體是本申請(qǐng)人所申請(qǐng)的法國(guó)專(zhuān)利FR2511908中的主題，用于將部件組裝在一起，并用于修補(bǔ)裂縫或者用于重建在操作中已經(jīng)磨損或損壞的區(qū)域，或者實(shí)際上用于改變由鎳基超級(jí)合金職稱(chēng)的渦輪機(jī)噴嘴中的氣流部分。該文獻(xiàn)具體說(shuō)明了擴(kuò)散釬焊組裝超級(jí)合金渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的復(fù)合粉末的用途，該復(fù)合粉末由超耐熱鎳合金類(lèi)型的基體金屬或NK17CDAT的粉末與擴(kuò)散釬焊金屬粉末的混合物組成，所述擴(kuò)散釬焊金屬包括硼、或鎳、鉻以及硼、或硼以及硅。該文獻(xiàn)中給出的一個(gè)例子說(shuō)明了該復(fù)合粉末具體包括重量百分比為75%的超耐熱鎳合金粉末以及重量百分比為25%的NiCrB1055粉末。超耐熱鎳合金(NK17CDAT)是一種鎳基超級(jí)合金，包括重量百分比為16. 9%的鈷、14. 8%的鉻、3. 87%的鋁、3. 45%的鈦、5. 1%的鑰以及O. 015%的碳。NiCrB1055也是一種鎳基超級(jí)合金，包括重量百分比為15%的鉻和4%的硼。該方法通過(guò)擴(kuò)散釬焊重修表面的原理與通過(guò)擴(kuò)散釬焊進(jìn)行組裝的原理相似，特別之處在于填料金屬是復(fù)合粉末形式的，該復(fù)合粉末是通過(guò)混合成分與被修復(fù)部件的成分相近的基體金屬粉末和擴(kuò)散釬焊金屬粉末而形成，這種復(fù)合粉末還被稱(chēng)為“餡料(fondant)”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是改善專(zhuān)利文獻(xiàn)FR2511908中公開(kāi)的復(fù)合粉末的性能，特別是釬焊焊接性能和熔化性能。另外，某些工作在高氧化環(huán)境和高溫環(huán)境的部件，例如渦輪機(jī)部件，需要特別的處理，以限制由燃?xì)庖鸬难趸透g。出于該目的，那些已經(jīng)被修復(fù)或通過(guò)擴(kuò)散釬焊組裝在一起的部件自身由化學(xué)熱處理進(jìn)行涂覆，所述化學(xué)熱處理是在富鋁的環(huán)境下進(jìn)行的。在表面處理過(guò)程中，在釬焊的焊珠上會(huì)形成起泡或者結(jié)核，然后需要通過(guò)昂貴的機(jī)械清除操作來(lái)去除這些起泡或者結(jié)核。本發(fā)明的另一個(gè)目的是為該問(wèn)題提供一種簡(jiǎn)單、有效而且成本低廉的解決方案。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，本發(fā)明提供了 一種用于擴(kuò)散釬焊組裝超級(jí)合金制成的部件或用于重修超級(jí)合金制成的部件的表面的復(fù)合金屬粉末，所述復(fù)合金屬粉末通過(guò)混合超耐熱鎳合金類(lèi)型的基體金屬的粉末和NiCrB1055類(lèi)型的擴(kuò)散釬焊金屬粉末形成，所述復(fù)合金屬粉末的特征在于不含硅，包括重量百分比在65%至70%范圍內(nèi)的超耐熱鎳合金以及重量百分比在30%至35%范圍內(nèi)的NiCrB1055o采用本發(fā)明的復(fù)合金屬粉末作為填料金屬用于重修部件表面或者將部件組裝在一起，在富鋁環(huán)境中執(zhí)行的后續(xù)處理過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生起泡或者結(jié)核。研究發(fā)現(xiàn)，這種起泡或者結(jié)核是由于以下原因?yàn)楸槐苊獾摹Ｔ诂F(xiàn)有技術(shù)中，在后續(xù)的表面處理過(guò)程中，蒸氣形式的鋁擴(kuò)散進(jìn)入之前在重修表面或組裝的過(guò)程中所執(zhí)行的釬焊中，鋁蒸氣與包含在填料金屬中的硅起反應(yīng)，從而形成低熔點(diǎn)的低共熔化合物。具體地，這些化合物的熔點(diǎn)低于這些部件在表面處理過(guò)程中受到的溫度，使得這些低共熔化合物熔化，這些低共熔化合物在冷卻時(shí)形成了上述起泡或者結(jié)核。在處理過(guò)程中，在可以形成連續(xù)氣孔陣列的程度上移除釬焊中的共熔相，由于這些氣孔具有開(kāi)放的孔隙度，該連續(xù)陣列導(dǎo)致可以獲得非氣密性焊接接點(diǎn)，還導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度降低。具體地，這些低共熔化合物中的一個(gè)化合物的熔點(diǎn)位于600°C至700°C范圍內(nèi)(低共熔點(diǎn)為660°C)，而這些部件在處理過(guò)程中所受到的溫度大約為1150°C。不含硅的復(fù)合金屬粉末作為填料金屬使得可以避免形成那些低熔點(diǎn)的低共熔化合物，從而避免不必要的起泡或者結(jié)核。另外，復(fù)合金屬粉末的具體成分使得復(fù)合金屬粉末具有更好的熔化性、更好的釬焊性，并提供了更好的釬焊后的機(jī)械性能。復(fù)合金屬粉末的成分還使得可以在擴(kuò)散釬焊期間填充顆粒間的所有空隙，最終形成非常致密的合金。優(yōu)選地，復(fù)合金屬粉末包括重量百分比大約為67. 5%的超耐熱鎳合金以及重量百分比大約32. 5%的NiCrB1055o根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，超耐熱鎳合金粉末以及NiCrB1055粉末的顆粒尺寸位于60μηι至70μηι范圍內(nèi)，優(yōu)選量級(jí)為63 μ m。這使得可以獲得均質(zhì)、致密并具有較小氣孔的粉末。粉末越細(xì)，顆粒間距越小，從而在擴(kuò)散釬焊后所獲得的合金的密度越大。不過(guò)，細(xì)粉末還具有特殊的較大的表面積，從而增大了粉末被污染的風(fēng)險(xiǎn)，這可能會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)散釬焊后的缺陷。63 μ m量級(jí)的顆粒尺寸是良好的密度以及產(chǎn)生的合金中的外表缺陷之間的最好折中方案。本發(fā)明還提供了采用上述特定類(lèi)型的復(fù)合金屬粉末用于擴(kuò)散釬焊組件或重修超級(jí)合金部件的表面。有利地，超級(jí)合金部件是鎳基合金的?？梢詫?fù)合金屬粉末加熱至1180°C至1200°C范圍內(nèi)的溫度，并保持在5分鐘至30分鐘范圍內(nèi)。以?xún)?yōu)選的方式，超級(jí)合金部件是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的部件，例如，用于低壓渦輪機(jī)或者高壓渦輪機(jī)的鎳基噴嘴扇形體，通過(guò)滲鋁工藝對(duì)這些部件進(jìn)行保護(hù)。


通過(guò)閱讀下文借助非限定性實(shí)施例并參照附圖給出的說(shuō)明，可以更好地理解本發(fā)明，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)也會(huì)顯現(xiàn)，其中圖1至圖3是示出 了借助本發(fā)明的復(fù)合粉末所獲得的釬焊區(qū)域的不同的連續(xù)物理化學(xué)狀態(tài)的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1至圖3示出了渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)部件I和2，這兩個(gè)部件通過(guò)擴(kuò)散釬焊組裝在一起，例如，部件I安裝在高壓或低壓渦輪機(jī)的噴嘴扇形體2上，例如，被安裝的部件I是冷卻套、封閉回路的板、或進(jìn)氣套管。部件I和部件2由鎳基超耐熱合金制成，借助復(fù)合粉末組裝在一起，該復(fù)合粉末是混合超耐熱鎳合金類(lèi)型基體金屬粉末3和NiCrB1055類(lèi)型擴(kuò)散釬焊金屬的粉末4形成的。該復(fù)合粉末不包含硅，包含重量百分比在65%至70%的超耐熱鎳合金和重量百分比在30%至35%的NiCrB1055。該復(fù)合粉末優(yōu)選具有重量百分比為67. 5%的超耐熱鎳合金和重量百分比為32. 5%的NiCrB1055。超耐熱鎳合金粉末和NiCrB1055粉末的顆粒尺寸在60 μ m至70 μ m的范圍內(nèi)，優(yōu)選為63 μ m左右。以去除被污染表面層的方式對(duì)要被組裝在一起的部件I和部件2的表面進(jìn)行制備。在專(zhuān)利文獻(xiàn)EP0974418中對(duì)這種制備進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。然后，在要被組裝在一起的部件I和部件2的兩個(gè)表面之間沉積復(fù)合粉末，然后對(duì)復(fù)合粉末進(jìn)行加熱。具體來(lái)講，擴(kuò)散釬焊可以包括在大約3個(gè)小時(shí)內(nèi)將溫度升至1200°C，然后進(jìn)行第一次暫停，在1200°C暫停12分鐘，之后進(jìn)行第二次暫停，在1150°C暫停2個(gè)小時(shí)，然后在大約2個(gè)小時(shí)內(nèi)將溫度從1150°C降低至20°C。
在擴(kuò)散釬焊期間，擴(kuò)散釬焊粉末4的NiCrB1055顆粒首先熔化。產(chǎn)生的液相5由于毛細(xì)管作用而保持，該液相浸潤(rùn)部件I和部件2的表面以及基體粉末的超耐熱鎳基合金顆粒3的表面,如圖2所示。在冷卻后，在部件I和部件2之間形成固體中間層6，該層具有同質(zhì)的金相結(jié)構(gòu)，并擴(kuò)散鍵合至部件I和部件2的表面(見(jiàn)圖3)。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合金屬粉末，所述復(fù)合金屬粉末用于擴(kuò)散釬焊組裝由超級(jí)合金制成的部件(1，2)或用于重修由超級(jí)合金制成的部件(1，2)的表面的復(fù)合金屬粉末，所述復(fù)合金屬粉末是通過(guò)混合超耐熱鎳合金類(lèi)型的基體金屬的粉末和NiCrB1055類(lèi)型的擴(kuò)散釬焊金屬粉末形成，其特征在于 所述復(fù)合金屬粉末不含硅，包括重量百分比在65%至70%范圍內(nèi)的超耐熱鎳合金以及重量百分比在30%至35%范圍內(nèi)的NiCrB1055。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合金屬粉末，其特征在于 其包括重量百分比為67. 5%的超耐熱鎳合金以及重量百分比為32. 5%的NiCrB1055。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合金屬粉末，其特征在于 超耐熱鎳合金粉末的顆粒尺寸和NiCrB1055粉末的顆粒尺寸位于60iim至70iim范圍內(nèi)，優(yōu)選量級(jí)為63 u m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合金屬粉末的用途，其用于擴(kuò)散釬焊組裝由超級(jí)合金制成的部件(I，2 )或用于重修由超級(jí)合金制成的部件(I，2 )的表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合金屬粉末的用途，其特征在于 所述由超級(jí)合金制成的部件(I，2 )是鎳基的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的復(fù)合金屬粉末的用途，其特征在于 所述復(fù)合金屬粉末被加熱至1180°C至1200°C范圍內(nèi)的溫度，并保持在5分鐘至30分鐘范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中所述的復(fù)合金屬粉末的用途，其特征在于 所述由超級(jí)合金制成的部件(1，2)是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的部件，例如，低壓渦輪機(jī)或高壓渦輪機(jī)的安裝在噴嘴扇形體上并通過(guò)滲鋁處理進(jìn)行保護(hù)的鎳基部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合金屬粉末，所述復(fù)合金屬粉末用于擴(kuò)散釬焊組裝由超級(jí)合金制成的部件(1，2)或重修由超級(jí)合金制成的部件(1，2)的表面，所述復(fù)合金屬粉末是通過(guò)混合超耐熱鎳合金類(lèi)型的基體金屬的粉末和NiCrB1055類(lèi)型的擴(kuò)散釬焊金屬粉末而形成。所述復(fù)合金屬粉末不含硅，包括重量百分比在65%至70%范圍內(nèi)的超耐熱鎳合金以及重量百分比在30%至35%范圍內(nèi)的NiCrB1055。
文檔編號(hào)B23K35/02GK103052466SQ201180037703
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者吉恩-弗朗索瓦·迪迪爾·克萊蒙特 申請(qǐng)人:斯奈克瑪