[發(fā)明專利]合金，防止構(gòu)件高溫腐蝕和/或氧化的保護(hù)層及構(gòu)件

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680006735.9
• 申請日: 2006-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN101133173A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沃納·施塔姆
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號(hào): C22C19/07
• 分類號(hào): C22C19/07
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 侯宇

本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1所述的合金、一種按權(quán)利要求14所述防止構(gòu)件高溫腐蝕和/或氧化的保護(hù)層以及一種按權(quán)利要求15所述的構(gòu)件。

本發(fā)明尤其涉及一種用于由鎳基或鈷基超級(jí)高溫合金組成的構(gòu)件的保護(hù)層。

由先有技術(shù)已知許多應(yīng)提高其耐腐蝕性和/或抗氧化性的金屬構(gòu)件的保護(hù)層。這些保護(hù)層中大多數(shù)已知統(tǒng)稱為MCrAlX，其中M代表包括鐵、鈷和鎳的元素組中至少一種元素，以及其他重要的組成部分是鉻、鋁和X＝釔，其中，后者也可以全部或部分由包括鈧和/或稀土元素的元素組中一種與其等效的元素代替。

由美國專利4005989和4034142已知這種類型的典型鍍層。

US6280857B1公開了一種保護(hù)層，它公開了鎳基的元素鈷、鉻和鋁，有選擇地添加錸以及強(qiáng)制攙合釔和硅。

EP1439245A1公開了一種鈷基的含錸層。

不僅在地面燃?xì)廨啓C(jī)中而且在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中提高進(jìn)口溫度的努力，在燃?xì)廨啓C(jī)專業(yè)領(lǐng)域具有重要意義，因?yàn)檫M(jìn)口溫度是通過燃?xì)廨啓C(jī)能達(dá)到的熱動(dòng)力效率重要的決定性參數(shù)。通過使用專門研制的合金作為要承受高熱負(fù)荷的構(gòu)件如導(dǎo)向葉片和工作葉片的母材金屬，尤其通過使用單晶超級(jí)高溫合金，可以使進(jìn)口溫度明顯超過1000℃。在此期間，先有技術(shù)允許的進(jìn)口溫度在地面燃?xì)廨啓C(jī)中為950℃和以上以及在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中為1100℃和以上。

由WO91/01433A1得知具有單晶基層的渦輪葉片結(jié)構(gòu)的例子，渦輪葉片本身可以是復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

在此期間發(fā)展的高負(fù)荷構(gòu)件用的母材金屬的物理承載能力針對進(jìn)口溫度可能的進(jìn)一步提高基本上沒有問題，而為了獲得足夠的抗氧化和腐蝕的能力則必須歸諸于保護(hù)層。除了在可預(yù)期的溫度為數(shù)量級(jí)1000℃的煙氣作用下保護(hù)層應(yīng)有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性外，尤其鑒于保護(hù)層與母材金屬之間力學(xué)的相互作用，保護(hù)層還必須有足夠良好的力學(xué)性能。保護(hù)層尤其必須有足夠的延性，以便能依隨母材金屬可能的變形并不會(huì)斷裂，因?yàn)橐蝗粫?huì)形成氧化和腐蝕的侵入點(diǎn)。在這里暴露出來的典型問題是，提高能改善保護(hù)層抗氧化和腐蝕的能力的元素如鋁和鉻的份額，會(huì)導(dǎo)致惡化保護(hù)層的延性，從而應(yīng)估計(jì)到當(dāng)遇到在燃?xì)廨啓C(jī)中通常出現(xiàn)的機(jī)械負(fù)荷時(shí)將產(chǎn)生機(jī)械故障，尤其形成裂紋。

因此本發(fā)明的目的是提供一種合金和一種保護(hù)層，它有良好的高溫耐腐蝕和抗氧化性，有良好的長期穩(wěn)定性并除此之外特別好地適應(yīng)尤其在燃?xì)廨啓C(jī)中在高溫下可預(yù)期的機(jī)械負(fù)荷。

此目的通過按權(quán)利要求1所述的合金和按權(quán)利要求14所述的保護(hù)層達(dá)到。

本發(fā)明另一個(gè)目的在于提出一種能更好地防腐蝕和氧化的構(gòu)件。

此目的通過按權(quán)利要求15所述的構(gòu)件，尤其是燃?xì)廨啓C(jī)或汽輪機(jī)的構(gòu)件達(dá)到，它有上述類型用于防止高溫腐蝕和氧化的保護(hù)層。

在從屬權(quán)利要術(shù)中列舉其他有利的措施。在從屬權(quán)利要術(shù)中列舉的措施可按有利的方式互相任意組合。

本發(fā)明尤其基于下列認(rèn)識(shí)：保護(hù)層在層內(nèi)和在保護(hù)層與母材金屬之間的過渡區(qū)內(nèi)顯示脆性離析。這種隨著使用時(shí)間和使用溫度強(qiáng)化的脆化相，導(dǎo)致在工作中層內(nèi)及層-母材金屬界面內(nèi)非常明顯的縱向裂紋，接著導(dǎo)致層的脫離。通過與可能從母材金屬擴(kuò)散到層內(nèi)或在爐中熱處理時(shí)經(jīng)表面擴(kuò)散到層內(nèi)的碳的相互作用，進(jìn)一步增大離析物的脆性。由于脆性離析物的氧化更增強(qiáng)導(dǎo)致裂紋形成的動(dòng)力。在這里鎳的影響也是重要的，它決定熱和力學(xué)性能。

下面詳細(xì)說明本發(fā)明。其中：

圖1表示帶有保護(hù)層的分層系統(tǒng)；

圖2表示超級(jí)高溫合金的成分；

圖3表示燃?xì)廨啓C(jī)；

圖5表示渦輪葉片透視圖；以及

圖4表示燃燒室透視圖。

按本發(fā)明，用于防止構(gòu)件高溫腐蝕和氧化的保護(hù)層7(圖1)包括下列元素(份額的數(shù)據(jù)按重量％)：

27％至31％鎳；

23％至29％鉻；

7％至11％鋁；

0.5％至0.7％釔和/或包括鈧和稀土元素的元素組中至少一種金屬；任選0.6％至0.8％硅和/或任選0.5％至0.7％鋯；其余鈷(CoNiCrAlY)。

優(yōu)選地或只添加硅或只添加鋯。一些特殊的實(shí)施例是：

1)Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y

2)Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si

3)Co-28Ni-24Cr-10Al-0.6Y-0.6Zr。