高Al+Ti镍基高温合金微弧火花沉积显微冶金过程及无裂纹沉积层的形成机制

高Al+Ti含量镍基高温合金是制造高性能航空发动机与地面燃气轮机叶片与热端部件的主要材料，然而它有着高的热裂纹敏感性，严重制约着这些合金的近、等强度熔焊连接与修复重建工程应用。本项目基于目前采用新型微弧火花脉冲放电热源可获得几种高Al+Ti镍基高温合金无裂纹沉积层新现象，拟研究微弧火花作用下高Al+Ti镍基高温合金沉积热加工过程、沉积生长动力学、显微熔池凝固组织生长规律、熔焊沉积裂纹形成及控制方法、无裂纹沉积层的形成及多层外延生长特征、γ′相演变行为以及主要合金元素作用等，最终揭示高Al+Ti镍基高温合金微弧火花无裂纹沉积层形成机制。研究结果有望为控制高Al+Ti镍基高温合金熔焊裂纹，开发适用于高Al+Ti镍基高温合金近、等强度熔焊连接的新材料及新方法提供理论支持。

高温合金及其防护涂层系统在燃气轮机中起着举足轻重的作用。随着Al、Ti含量的增加，镍基高温合金γ´相体积百分数增加，高温强度增加，但是热裂纹敏感性也随之增加，易在焊接或焊后热处理过程中产生裂纹。实现高Al、Ti镍基高温合金材料的无裂纹熔焊，特别是采用与部件相同或相近的填料，从而达到近、等强度连接一直是高Al、Ti镍基高温合金热端部件制造与修复再制造追求的目标。为了实现高Al、Ti镍基高温合金的近、等强度熔焊修复，同时探索与基体成分和组织更匹配的新的修复涂层方法，本项目研究了微弧火花作用下镍基高温合金沉积热加工过程、沉积生长动力学、显微熔池凝固组织生长规律、沉积裂纹形成及控制方法、无裂纹沉积层的形成及多层外延生长特征、后热处理过程中Ni3Al相演变行为以及主要合金元素作用等。结果表明：微弧火花可以实现高Al、Ti高温合金的无裂纹大厚度沉积。厚的沉积层是由许多微小层冶金连接形成的，晶粒穿层生长，垂直堆焊方向形成细长条状晶粒，具有择优生长取向。沉积层的凝固组织主要为胞状晶。微弧火花沉积过程中通常形成厚度几到几十微米的微薄熔体，能产生极高的温度梯度和冷却速率。经固溶+时效热处理后，沉积层有大量细小的γ´颗粒析出，但没有裂纹产生。微弧火花沉积的高γ´高温合金作为焊料使用能明显提高基体的承载能力。热处理能明显改善沉积层的力学性能。需要指出的是，沉积层内缺陷的存在，限制着高强度高温合金焊料的使用。