一种制备合金靶环的模壳、合金靶环及其制备方法

本公开涉及合金精密铸造，尤其涉及一种制备合金靶环的模壳、合金靶环及其制备方法。

背景技术：

1、热障涂层技术广泛应用于燃气轮机和航空发动机的涡轮叶片的高温防护。热障涂层是由中间的mcraly金属粘结层和外层的陶瓷隔热层组成。其中，mcraly涂层是陶瓷层和基底合金之间的粘结层，它能够提高基底高温合金的抗氧化、抗腐蚀能力以及陶瓷层的粘结强度，其热膨胀系数等性能直接决定热障涂层体系的服役性能和寿命。随着燃油比、推重比或流量比的增加，热端部件涡轮叶片的工作温度不断提升，开发更具服役寿命的mcraly粘结层合金体系是当前国内外关注的焦点问题。

2、然而，目前的制备合金靶环的模壳、合金靶环及其制备方法仍有待改进。

技术实现思路

1、本公开实施例提供一种制备合金靶环的模壳、合金靶环及其制备方法，以解决或缓解相关技术中的一项或更多项技术问题。

2、作为本公开实施例的第一个方面，本公开实施例提供一种制备合金靶环的模壳，该模壳包括：由内到外依次设置的面层和背层，形成所述面层的材料包括锆英粉，所述面层的厚度为0.6-1.2mm；形成所述背层的材料包括莫来粉，所述背层的厚度为3.8-7mm；所述模壳进一步包括补缩口模壳以及和所述补缩口模壳相连的环形模壳，所述环形模壳的厚度为5-8mm，所述补缩口模壳的厚度比所述环形模壳中的厚度厚2-3.8mm。

3、在一种可能的实施方式中，形成所述面层的所述锆英粉的目数为80-100目，所述模壳进一步包括面层封浆层，所述面层封浆层设置在所述面层和所述背层之间，形成所述面层封浆层的材料包括锆英粉料浆；所述背层包括依次设置的第一背层和第二背层，所述第一背层靠近所述面层设置，所述第一背层包括2层层叠设置的目数为30-60目的所述莫来粉，所述第一背层的厚度为1-2mm；所述第二背层包括4层层叠设置的目数为16-30目所述莫来粉，所述第二背层的厚度为2.8-5mm。

4、在一种可能的实施方式中，该模壳进一步包括：封浆层，所述封浆层设置在所述背层远离所述面层的一侧，形成所述封浆层的材料包括莫来粉料浆。

5、作为本公开实施例的第二个方面，本公开实施例提供一种制备合金靶环的方法，该方法包括：采用低温蜡制备工艺制备前面任一项所述的模壳；在所述模壳的外侧包裹保温棉，其中，包裹在所述补缩口模壳外侧的所述保温棉的厚度大于包裹在所述环形模壳外侧的所述保温棉的厚度；并对包裹好的所述模壳进行烘烤处理；在真空感应炉中对金属原料进行熔炼形成合金熔液；利用所述模壳对所述合金熔液进行真空浇铸，浇铸后在真空环境进行冷却处理，形成合金靶环粗坯；对所述合金靶环粗坯进行加工成型处理，形成所述合金靶环。

6、在一种可能的实施方式中，所述保温棉的厚度为10-15mm，在所述补缩口模壳及所述环形模壳靠近所述补缩口模壳一端8-12cm处包裹2层所述保温棉；在所述环形模壳外侧包裹1层所述保温棉；对包裹好的所述模壳进行所述烘烤处理的温度为1050-1200℃，烘烤时间3-5小时。

7、在一种可能的实施方式中，在所述真空感应炉中先加入第一金属，再加入第二金属，其中，所述第一金属的氧化活性低于所述第二金属的氧化活性；所述熔炼采用的所述金属原料的纯度为99.9-99.98％；加入所述第一金属后，所述真空感应炉中的第一熔化真空度为0.2-1pa，第一熔化温度为1530-1560℃；所述第一金属完全熔化后，再加入所述第二金属，加入所述第二金属后，所述真空感应炉中的第二熔化真空度为0.2-1pa，第二熔化温度为1580-1650℃，第二熔化时间为10-15min。

8、在一种可能的实施方式中，所述真空浇铸时，所述合金熔液的温度为1480-1520℃；所述真空浇铸的时间为3-5s；所述冷却处理的时间为8-10h，冷却至200-300℃，形成所述合金靶环粗坯。

9、在一种可能的实施方式中，所述加工成型处理包括：对所述合金靶环粗坯进行切割处理，切除补缩冒口，并采用线切割切除内圆表面和外圆表面单边各2-3mm，然后采用磨床加工获得所述合金靶环，所述合金靶环中杂质含量小于0.7wt％。

10、在一种可能的实施方式中，该方法包括：在所述真空感应炉中加入的所述第一金属包括：ni块、co块、cr粒，加入的所述第二金属包括圆柱棒状al、al皮包裹的y块、al皮包裹的re块；所述第一熔化真空度为1pa，所述第一熔化温度为1560℃，所述第一金属完全熔化后充氩气至6kpa，先加入所述圆柱棒状al，待所述圆柱棒状al完全熔化后，再加入所述al皮包裹的y块和所述al皮包裹的re块；再次抽真空至0.5pa，所述第二熔化真空度为0.5pa，所述第二熔化温度为1620℃，所述第二熔化时间为15min；后降温至1500℃并保持温度；所述真空浇铸处理结束后在1-5pa真空度下冷却10h至250℃，得到所述合金靶环粗坯，所述合金靶环粗坯为mcraly合金靶环粗坯，所述mcraly合金靶环粗坯的成分为ni32.1wt％、co27.8wt％、cr17.3wt％、al17.4wt％、y0.71wt％、re4.7wt％；对所述合金靶环粗坯进行机加工，线切割切除所述补缩帽口、切除所述内圆表面和所述外圆表面单边各2.5mm并经磨床打磨，得到所述合金靶环，所述合金靶环为mcraly合金靶环，所述合金靶环的尺寸为外径150mm、内径130mm、高度120mm。

11、作为本公开实施例的第二个方面，本公开实施例提供一种合金靶环，该合金靶环是前面任一项所述的方法制备的，所述合金靶环可用作真空电弧镀沉积制备热障涂层的粘结层。

技术特征：

1.一种制备合金靶环的模壳，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的模壳，其特征在于，形成所述面层的所述锆英粉的目数为80-100目，所述模壳进一步包括面层封浆层，所述面层封浆层设置在所述面层和所述背层之间，形成所述面层封浆层的材料包括锆英粉料浆；所述背层包括依次设置的第一背层和第二背层，所述第一背层靠近所述面层设置，所述第一背层包括2层层叠设置的目数为30-60目的所述莫来粉，所述第一背层的厚度为1-2mm；所述第二背层包括4层层叠设置的目数为16-30目所述莫来粉，所述第二背层的厚度为2.8-5mm。

3.根据权利要求1所述的模壳，其特征在于，进一步包括：封浆层，所述封浆层设置在所述背层远离所述面层的一侧，形成所述封浆层的材料包括莫来粉料浆。

4.一种制备合金靶环的方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述保温棉的厚度为10-15mm，在所述补缩口模壳及所述环形模壳靠近所述补缩口模壳一端8-12cm处包裹2层所述保温棉；在所述环形模壳外侧包裹1层所述保温棉；对包裹好的所述模壳进行所述烘烤处理的温度为1050-1200℃，烘烤时间3-5小时。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述真空感应炉中先加入第一金属，再加入第二金属，其中，所述第一金属的氧化活性低于所述第二金属的氧化活性；所述熔炼采用的所述金属原料的纯度为99.9-99.98％；加入所述第一金属后，所述真空感应炉中的第一熔化真空度为0.2-1pa，第一熔化温度为1530-1560℃；所述第一金属完全熔化后，再加入所述第二金属，加入所述第二金属后，所述真空感应炉中的第二熔化真空度为0.2-1pa，第二熔化温度为1580-1650℃，第二熔化时间为10-15min。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述真空浇铸时，所述合金熔液的温度为1480-1520℃；所述真空浇铸的时间为3-5s；所述冷却处理的时间为8-10h，冷却至200-300℃，形成所述合金靶环粗坯。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加工成型处理包括：

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括：

10.一种合金靶环，其特征在于，所述合金靶环是权利要求4-9任一项所述的方法制备的，所述合金靶环可用作真空电弧镀沉积制备热障涂层的粘结层。

技术总结本公开实施例提供一种制备合金靶环的模壳、合金靶环及其制备方法。该模壳包括：由内到外依次设置的面层和背层，形成面层的材料包括锆英粉，面层的厚度为0.6‑1.2mm；形成背层的材料包括莫来粉，背层的厚度为3.8‑7mm；模壳进一步包括补缩口模壳以及和补缩口模壳相连的环形模壳，环形模壳的厚度为5‑8mm，补缩口模壳的厚度比环形模壳的厚度厚2‑3.8mm。由此，该模壳通过使补缩口模壳的厚度比下部环状模壳的厚度厚，可以减缓利用该模壳浇铸合金时的凝固过程，可有效避免凝固过程应力造成的铸锭开裂，该模壳特别适合高脆性合金靶环的直接成型，例如高脆性MCrAlY合金靶环的直接成型，使用该模壳制备的合金靶环组织致密性好、成分均匀、且制备过程简单。技术研发人员：辛文彬,张婧,宋希文受保护的技术使用者：内蒙古科技大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10