專利名稱：用于擴(kuò)散釬焊組件或重修超級合金部件表面的復(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)散釬焊組裝超級合金部件或重修超級合金部件表面的復(fù)合粉末。
背景技術(shù)：
釬焊是一種通常用于通過填料金屬將兩個金屬部件組裝在一起的方法，所述兩個金屬部件由相同或不同的材料制成，所述填料金屬的熔點比兩個部件的材料的熔點低很多。使填料金屬進(jìn)入液態(tài)，由填料金屬對金屬部件進(jìn)行加熱，但金屬部件仍處于固態(tài)。在通用術(shù)語中，擴(kuò)散釬焊，還被稱為瞬態(tài)液相連接，是一種用于將兩個金屬部件組裝在一起的操作，這種操作與釬焊類似，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)將兩個部件組裝在一起時，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、但熔點較低的填料金屬。在擴(kuò)散釬焊過程中，填料金屬熔化并浸潤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差別。如上文所述，這種方法使得可以將多個部件組裝在一起，同時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合金，特別是在航空領(lǐng)域中。在將兩個部件組裝在一起時，擴(kuò)散釬焊的應(yīng)用特別受到兩個部件之間的間隙的限制。如果間隙過大，釬焊所形成的連接的強(qiáng)度就較弱，不能滿足所述的技術(shù)指標(biāo)。從而，這些問題促使本發(fā)明申請的申請人開發(fā)擴(kuò)散釬焊方法的改進(jìn)方法，用于具有毫米量級的較大間隙的應(yīng)用情況。該擴(kuò)散釬焊方法具體是本申請人所申請的法國專利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，或者實際上用于改變由鎳基超級合金職稱的渦輪機(jī)噴嘴中的氣流部分。該文獻(xiàn)具體說明了擴(kuò)散釬焊組裝超級合金渦輪噴氣發(fā)動機(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)中給出的一個例子說明了該復(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也是一種鎳基超級合金，包括重量百分比為15%的鉻和4%的硼。該方法通過擴(kuò)散釬焊重修表面的原理與通過擴(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)合粉末還被稱為“餡料(fondant)”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是改善專利文獻(xiàn)FR2511908中公開的復(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。在表面處理過程中，在釬焊的焊珠上會形成起泡或者結(jié)核，然后需要通過昂貴的機(jī)械清除操作來去除這些起泡或者結(jié)核。本發(fā)明的另一個目的是為該問題提供一種簡單、有效而且成本低廉的解決方案。為了實現(xiàn)這個目的，本發(fā)明提供了 一種用于擴(kuò)散釬焊組裝超級合金制成的部件或用于重修超級合金制成的部件的表面的復(fù)合金屬粉末，所述復(fù)合金屬粉末通過混合超耐熱鎳合金類型的基體金屬的粉末和NiCrB1055類型的擴(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)處理過程中不會產(chǎn)生起泡或者結(jié)核。研究發(fā)現(xiàn)，這種起泡或者結(jié)核是由于以下原因為被避免的。在現(xiàn)有技術(shù)中，在后續(xù)的表面處理過程中，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)，從而形成低熔點的低共熔化合物。具體地，這些化合物的熔點低于這些部件在表面處理過程中受到的溫度，使得這些低共熔化合物熔化，這些低共熔化合物在冷卻時形成了上述起泡或者結(jié)核。在處理過程中，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，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化合物的熔點位于600°C至700°C范圍內(nèi)(低共熔點為660°C)，而這些部件在處理過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，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，這可能會導(dǎo)致擴(kuò)散釬焊后的缺陷。63 μ m量級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型的復(fù)合金屬粉末用于擴(kuò)散釬焊組件或重修超級合金部件的表面。有利地，超級合金部件是鎳基合金的。可以將復(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)。以優(yōu)選的方式，超級合金部件是渦輪發(fā)動機(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，通過滲鋁工藝對這些部件進(jìn)行保護(hù)。


通過閱讀下文借助非限定性實施例并參照附圖給出的說明，可以更好地理解本發(fā)明，本發(fā)明的其他優(yōu)點也會顯現(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。
具體實施例方式圖1至圖3示出了渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的兩個部件I和2，這兩個部件通過擴(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型基體金屬粉末3和NiCrB1055類型擴(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。在專利文獻(xiàn)EP0974418中對這種制備進(jìn)行了詳細(xì)說明。然后，在要被組裝在一起的部件I和部件2的兩個表面之間沉積復(fù)合粉末，然后對復(fù)合粉末進(jìn)行加熱。具體來講，擴(kuò)散釬焊可以包括在大約3個小時內(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個小時，然后在大約2個小時內(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)散釬焊組裝由超級合金制成的部件(1，2)或用于重修由超級合金制成的部件(1，2)的表面的復(fù)合金屬粉末，所述復(fù)合金屬粉末是通過混合超耐熱鎳合金類型的基體金屬的粉末和NiCrB1055類型的擴(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)選量級為63 u m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任何一項權(quán)利要求所述的復(fù)合金屬粉末的用途，其用于擴(kuò)散釬焊組裝由超級合金制成的部件(I，2 )或用于重修由超級合金制成的部件(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 所述由超級合金制成的部件(1，2)是渦輪發(fā)動機(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)散釬焊組裝由超級合金制成的部件(1，2)或重修由超級合金制成的部件(1，2)的表面，所述復(fù)合金屬粉末是通過混合超耐熱鎳合金類型的基體金屬的粉末和NiCrB1055類型的擴(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B23K35/02GK103052466SQ201180037703
公開日2013年4月17日 申請日期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 申請人:斯奈克瑪