Nb基超高温合金制备及定向凝固用坩埚的选择

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1、万方数据Nb基超高温合金制备及定向凝固用坩埚的选择／武兴君等·63·Nb基超高温合金制备及定向凝固用坩埚的选择。武兴君，郭喜平(西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安710072)摘要目前Nb基超高温合金的制备主要是通过多次电弧熔炼得到成分均匀的铸锭。其定向凝固或者是在水冷铜坩埚内采用Czochralski技术进行，或者是采用不需要坩埚的悬浮区熔法实现，但这两种方法都不能得到较高的温度梯度。为了获得更好的定向凝固组织，需要在超高温超高真空定向凝固设备上进行有坩埚的整体定向凝固。结合国内外共晶自生复合材料常用的制备技术，提出了适用于铌基超高温舍金整体定向凝固技

2、术的坩埚材料及其涂层技术。关键词Nb基超高温合金定向凝固坩埚材料涂层Preparati伽ofNiobium-b嬲edUltrahigh—teInperatureAlloyandSelectionofCruciblesforDirectionalSolidificati蛐WUXin衢un，GUOXiping(StateKeyLab．ofS0lidificationProcessiTlg，NorthwestemPolytechnicalUniversity，Xi’an710072)Abstn屺tAtpresent，niobiunl-basedultrahigh-t

3、emperaturealloys4areusuallypreparedbymultiplearc_melt—ir培inordertogetunifomas—castingots．Theirdirectiollalsolidificationiscarriedoutbyeither(、zochralskitechnologyinthewater_cooledcoppercrudblesorfloatingzonemethodwithoutcrucible，butthetemperaturegradientisnothighwiththesetwomethodS．

4、hordertoobtainbetterdirectionalsolidificationmicrostructure，thewholedirectiomlsolidi—ficationtechniqueneedirlgcmciblesshouldbeadopted．王hsedontheconmlonrmnufacturillgtechnologyofin—situcom—positesatdomesticandabroad，thecruciblematerialsandthe∞atingtechnologiessuitableforthewholedirec

5、tionalso一1idificationtechniqueofniobiumbasedultrah遍ht锄peraturealloysarepropoSedKeyw0帕sniobiunl-basedultrahigh-temperaturealloy，directionalsolidification，cruciblematerials，coating0引言由于难熔金属硅化物，特别是铌一硅化合物基合金，在航空航天以及核工业等领域作为耐高温部件的替代材料具有潜在的应用价值，因此近年来受到广泛的关注[1]。它可作为新一代发动机叶片的替代材料，使用温度将达到125

6、0～1400℃，比目前最先进的第四代镍基单晶高温合金的使用温度高出200℃左右[2]。另外该材料还可用于火箭推进器、大推力发动机的燃烧室及其防护罩等[3]。目前Nb-Si基共晶自生复合结构材料的制备方法有：电弧熔炼(包括真空自耗电弧熔炼、真空非自耗电弧熔炼和等离子电弧熔炼等)、感应电渣熔炼(IsM)、熔模铸造、粉末冶金以及定向凝固(DS)等[1’3’4]。由于定向凝固可获得综合性能较好的组织，具有近终成形及效率高等特点，是制备该材料的首选方法[2’5]。以前的研究主要是采用水冷铜坩埚的Czochralski法来实现定向凝固，但由于温度梯度较低，所制备材料的组织

7、粗大，定向效果差。近年来本课题组对该材料的无坩埚电子束区熔定向凝固进行了研究，但由于熔体的过热度低(据估计不会超过100℃)，定向效果也不是很好。为了获得更好的定向组织，我们自行设计了超高温超高温度梯度定向凝固设备，并拟在该设备上采用有坩埚的整体定向凝固技术来制备该材料的定向凝固样件，为将来制备叶片等具有复杂形状的部件进行前期准备和工艺探索。而在国际上，美国GE公司已经制备出了经多元合金化的Nksi基共晶自生复合材料的涡轮叶片样件[2“]。本文将综述目前难熔金属基共晶自生复合材料的常用制备技术，特别是定向凝固技术，并将对适用于Nb基超高温合金整体定向凝固用坩埚

8、材料及其涂层技术进行细致的分析，以期发