一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装及铸造方法技术

本发明专利技术公开了一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，包括上端开口的钢桶，所述钢桶的底部上方设置有石墨垫板，所述石墨垫板上方设置有石墨模具，所述石墨模具的上端设置有与石墨模具相配合的保温冒口，所述石墨模具的外壁螺旋缠绕有冷却水管，所述冷却水管的一端穿出钢桶作为进水口，冷却水管的另一端穿出钢桶作为出水口，所述进水口位于出水口的下方，所述钢桶内且位于石墨模具的外侧填充有氧化铝砂，所述氧化铝砂的顶端高度不超过石墨模具的上端。另外，本发明专利技术还公开了利用所述工装铸造NiCrAlYSi合金靶材的方法。本发明专利技术的工装具有结构简单、使用可靠性高、成本低廉、重复操作性强等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合金靶材制备
，具体涉及一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装及铸造方法。
技术介绍
燃气轮机作为一种动力机械，广泛用于航空、发电、原油和天然气输送、交通运输以及冶金，化工等部门。燃气轮机叶片在服役过程中遭受高温氧化和热腐蚀破坏，为提高叶片使用寿命，保证燃气轮机的安全稳定运行，采用防护性涂层是目前最有效的办法。NiCrAlYSi为常见的高温防护涂层，与基体具有很好的粘附性和较低的互扩散性，而且有很好的抗高温氧化，抗热腐蚀性能，以及高的韧性和抗热疲劳强度。广泛用于航空等各类燃气轮机热端部件，如涡轮机工作叶片、导向热片、燃烧室等部件。近年来，随着我国航空事业发展，NiCrAlYSi合金靶材的需求量增大，同时具有很重要的战略意义。NiCrAlYSi防护涂层是其合金靶材通过多弧离子镀、电子束物理气相沉积、溅射等喷涂方法，基体上加很高的负偏压，利用气体放电使气体或被蒸发的物质部分离化，在气体离子或者被蒸发物质离子轰击作用的同时把NiCrAlYSi合金靶材的蒸发物质或者反应物沉积在基片上。所以，NiCrAlYSi合金靶材的制备和质量保证是NiCrAlYSi防护涂层使用的基础，是基片上NiCrAlYSi防护涂层稳定性的有力保障。NiCrAlYSi合金靶材的制备通常是采用真空熔炼和铸造技术，但是在制备过程中生产效率较低，合金铸锭中存在大量的缩孔和疏松等缺陷，严重制约着NiCrAlYSi防r>护涂层的使用和发展。NiCrAlYSi为高温合金，普通铸造过程中，存在铸件局部和整体的冷却不平衡，破坏了熔体的顺序凝固，容易在铸件中产生缺陷如缩孔、缩松以及在铸件中形成残余应力。所以制备出的NiCrAlYSi合金靶材铸锭只能使用底部三分之一的材料，其余材料只能进行重熔或直接报废，这样不仅生产效率低而且造成材料和能源浪费。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装。该工装具有结构简单、使用可靠性高、成本低廉、重复操作性强等特点。该工装在石墨模具上端设置保温冒口，保温冒口在合金液浇注过程中起到引流作用，并对合金液进行保温，使上部的合金液流动性增加；设置氧化铝砂，能够对浇入石墨模具中的合金液进行保温，降低合金液在石墨模具顶部靠近内壁位置的凝固速度，使顶部合金液的流动性增加，对底部的合金进行补缩；在石墨模具外螺旋缠绕冷却水管，能够对石墨模具中下部进行冷却，控制合金凝固时的热流速率和方向。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，包括上端开口的钢桶，所述钢桶的底部上方设置有石墨垫板，所述石墨垫板上方设置有石墨模具，所述石墨模具的上端设置有与石墨模具相配合的保温冒口，所述石墨模具的外壁螺旋缠绕有冷却水管，所述冷却水管的一端穿出钢桶作为进水口，冷却水管的另一端穿出钢桶作为出水口，所述进水口位于出水口的下方，所述钢桶内且位于石墨模具的外侧填充有氧化铝砂，所述氧化铝砂的顶端高度不超过石墨模具的上端。上述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述石墨垫板的厚度为10mm～15mm，石墨垫板为圆板，所述石墨模具的横截面为圆形，石墨垫板的直径比石墨模具的外径大50mm～100mm。上述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述石墨垫板的上方设置有用于封堵石墨模具底部的石墨垫片。上述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述保温冒口的材质为耐火砖，保温冒口的高度为50mm～70mm。上述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述冷却水管的底部与石墨模具底部之间的垂直距离为30mm～50mm，冷却水管的顶部位于石墨模具中心往上30mm～50mm，冷却水管螺旋缠绕的螺距为2mm～5mm。上述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述冷却水管为截面为方形的铜管，所述铜管的截面外边长为5mm～10mm，壁厚为0.5mm～1mm。上述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述石墨模具的内径为50mm～80mm，高度为200mm～300mm，壁厚为10mm～15mm。另外，本专利技术还提供了一种采用上述工装铸造NiCrAlYSi合金靶材的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、熔炼制备NiCrAlYSi合金锭坯；步骤二、将步骤一中所述NiCrAlYSi合金锭坯置于真空感应炉内的坩埚中，并将铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装置于所述真空感应炉中，将所述工装的进水口与真空感应炉的进水管连接，出水口与真空感应炉的出水管连接，开启循环冷却水并调整循环冷却水的流量为0.6L/min～0.9L/min；步骤三、关闭步骤二中所述真空感应炉炉门，对真空感应炉抽真空至10-2Pa后进行加热使NiCrAlYSi合金锭坯完全熔化，得到合金液；然后向真空感应炉中通入氩气至真空感应炉的真空度为0.04MPa～0.05MPa，继续加热，待所述合金液升温至1500℃～1600℃后将合金液沿保温冒口连续浇入石墨模具中，浇入的同时将循环冷却水的流量增大至8L/min～10L/min，待浇入的合金液完全凝固后，关闭循环冷却水，取出工装空冷，脱模后得到NiCrAlYSi合金靶材铸锭；步骤四、对步骤三中所述NiCrAlYSi合金靶材铸锭进行机加工，得到NiCrAlYSi合金靶材。上述的方法，其特征在于，步骤三中浇入合金液之前停止对真空感应炉加热。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术的工装具有结构简单、使用可靠性高、成本低廉、重复操作性强等特点。2、本专利技术的工装在石墨模具上端设置保温冒口，保温冒口在合金液浇注过程中起到引流作用，并对合金液进行保温，使上部的合金液流动性增加。3、本专利技术的工装设置氧化铝砂，能够对浇入石墨模具中的合金液进行保温，降低合金液在石墨模具顶部靠近内壁位置的凝固速度，使顶部合金液的流动性增加，对底部的合金进行补缩；在石墨模具外螺旋缠绕冷却水管，并通过对冷却水管缠绕位置的进一步优选，能够对石墨模具中下部进行冷却，控制合金凝固时的热流速率和方向。4、本专利技术的工装使石墨模具底部合金液优先凝固，而顶部合金液由于保温作用，石墨模具壁凝固速度降低，能有效增加顶部合金液的流动性，持续本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，包括上端开口的钢桶(6)，所述钢桶(6)的底部上方设置有石墨垫板(4)，所述石墨垫板(4)上方设置有石墨模具(1)，所述石墨模具(1)的上端设置有与石墨模具(1)相配合的保温冒口(5)，所述石墨模具(1)的外壁螺旋缠绕有冷却水管(2)，所述冷却水管(2)的一端穿出钢桶(6)作为进水口(8)，冷却水管(2)的另一端穿出钢桶(6)作为出水口(9)，所述进水口(8)位于出水口(9)的下方，所述钢桶(6)内且位于石墨模具(1)的外侧填充有氧化铝砂(7)，所述氧化铝砂(7)的顶端高度不超过石墨模具(1)的上端。

【技术特征摘要】
1.一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，包括上端开
口的钢桶(6)，所述钢桶(6)的底部上方设置有石墨垫板(4)，所述
石墨垫板(4)上方设置有石墨模具(1)，所述石墨模具(1)的上端设
置有与石墨模具(1)相配合的保温冒口(5)，所述石墨模具(1)的外
壁螺旋缠绕有冷却水管(2)，所述冷却水管(2)的一端穿出钢桶(6)
作为进水口(8)，冷却水管(2)的另一端穿出钢桶(6)作为出水口(9)，
所述进水口(8)位于出水口(9)的下方，所述钢桶(6)内且位于石墨
模具(1)的外侧填充有氧化铝砂(7)，所述氧化铝砂(7)的顶端高度
不超过石墨模具(1)的上端。
2.根据权利要求1所述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其
特征在于，所述石墨垫板(4)的厚度为10mm～15mm，石墨垫板(4)为
圆板，所述石墨模具(1)的横截面为圆形，石墨垫板(4)的直径比石墨
模具(1)的外径大50mm～100mm。
3.根据权利要求1所述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其
特征在于，所述石墨垫板(4)的上方设置有用于封堵石墨模具(1)底部
的石墨垫片(3)。
4.根据权利要求1所述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其
特征在于，所述保温冒口(5)的材质为耐火砖，保温冒口(5)的高度为
50mm～70mm。
5.根据权利要求1所述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其
特征在于，所述冷却水管(2)的底部与石墨模具(1)底部之间的垂直距
离为30mm～50mm，冷却水管(2)的顶部位于石墨模具(1)中心往上
30mm～50mm，冷却水管(2)螺旋缠绕的螺距为2mm～5mm。
6.根据权利要求5所述的一种铸造NiCrAlYSi...

【专利技术属性】
技术研发人员：周龙海，何健，孟志军，韩吉庆，郑学军，王航，廖俊俊，习良晨，孙凯军，王乐琪，李旭，
申请(专利权)人：西安诺博尔稀贵金属材料有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61