[發明專利]單晶鎳基超級合金組合物、構件及其制造方法

無效

• 申請號: 200910163988.2
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN101613819A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: Y·胡
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C30B29/52
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 溫大鵬;曹 若

技術領域

本發明主題總體上涉及一種應用于燃氣渦輪發動機的材料，更具體地，涉及單晶鎳基超級合金組合物和由其制造的燃氣渦輪發動機構件。

背景技術

渦輪發動機被用于作為各種飛行器的主要動力源。此類發動機也可以作為驅動空氣壓縮機、液壓泵和工業電力發電機的輔助動力源。大多數渦輪發動機大體上遵循相同的基本動力產生程序。將壓縮空氣與燃料混合并燃燒，并將膨脹熱燃燒氣體引向發動機中固定的渦輪機輪葉。這些輪葉使高速氣流部分地轉向側面以沖擊到安裝于可旋轉渦輪盤上的渦輪葉片上。沖擊氣體的力致使渦輪盤高速旋轉。噴氣推進發動機利用旋轉渦輪盤產生的動力抽取更多的空氣進入發動機，同時將高速燃燒氣體排出氣體渦輪機尾部以產生向前推力。其它發動機利用此動力轉動一個或多個螺旋槳、發電機或其它設備。因為燃料效率隨著發動機工作溫度的增加而增加，所以渦輪葉片和輪葉通常由高溫材料制造，例如析出強化超級合金。當為鑄件形式時，這些包括鎳基和鈷基合金的超級合金，擁有很多在暴露于發動機工作溫度期間所期望有的特性。例如，這些超級合金可以具有更好的高溫強度和環境耐受力。然而，雖然已知的析出強化超級合金在高溫和高壓條件下展現出優越的力學性能，但當暴露于渦輪發動機中的高溫和高壓氣體下時，它們會受到氧化和腐蝕侵襲。

為了保護超級合金免受氧化和腐蝕侵襲，渦輪發動機翼型上可以包括涂層系統。在某些情況下，涂層系統可包括熱障涂層(TBC)。典型的TBC可以由氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)和/或摻有諸如Gd₂O₃、TiO₂等等其它氧化物的氧化釔穩定氧化鋯形成。涂層系統還可以包括在TBC下方的耐環境粘結涂層以延長其使用壽命。粘結涂層可以是包括例如MCrAlX的覆蓋涂層，其中M是金屬元素，如鎳、鈷、和/或鎳和鈷的組合，X是釔或其它活性金屬元素。粘結涂層也可以是擴散涂層，例如簡單鋁化物涂層、活性元素改性鋁化物涂層、鉑改性鋁化物涂層或活性元素改性鉑鋁化物涂層。因此，在暴露于高溫環境期間，例如在普通使用中，粘結涂層首先氧化形成熱生長氧化物(TGO)以保護下面的粘結涂層免于進一步氧化。然而，如果TGO層生長過快和/或變得太厚，TBC在粘結涂層上的粘附性可被削弱，并且在TBC和TGO之間以及TGO和粘結涂層之間可以形成裂縫。在此情況下，TBC將會過早地剝落，因此縮短超級合金構件的使用壽命。

因此，期望提供一種應用于燃氣渦輪發動機的改進的超級合金組合物，其中，超級合金具有提高的高溫力學性能和環境耐受性能。此外，期望改進的超級合金組合物的制造和納入發動機系統是相對便宜的。再者，本發明主題的其它期望特征和特點，在隨后對本發明主題的詳細描述和所附權利要求中，并結合附圖和本發明主題的背景技術后，將變得顯而易見。

發明內容

提供了單晶鎳基超級合金組合物、單晶鎳基超級合金構件、及制造此構件的方法。

在一個實施例中，僅作為實例，單晶鎳基超級合金組合物主要包括，按重量百分比計，大約3.8％至大約4.2％的鉻、大約10.0％至大約10.5％的鈷、大約1.8％至大約2.2％的鉬、大約4.8％至大約5.2％的鎢、大約5.8％至大約6.2％的錸、大約5.5％至大約5.8％的鋁、大約5.8％至大約6.2％的鉭、大約3.8％至大約4.2％的釕、大約0.13％至大約0.17％的鉿和余量的鎳。

在另一個實施例中，僅作為實例，單晶鎳基超級合金構件由單晶超級合金制成，該單晶超級合金主要包括，按重量百分比計，大約3.8％至大約4.2％的鉻、大約10.0％至大約10.5％的鈷、大約1.8％至大約2.2％的鉬、大約4.8％至大約5.2％的鎢、大約5.8％至大約6.2％的錸、大約5.5％至大約5.8％的鋁、大約5.8％至大約6.2％的鉭、大約3.8％至大約4.2％的釕、大約0.13％至大約0.17％的鉿和余量的鎳。

在又一個實施例中，僅作為實例，制造單晶鎳基超級合金構件的方法包括提供一種合金和由該合金制造單晶構件的步驟，該合金包括，按重量百分比計，大約3.8％至大約4.2％的鉻、大約10.0％至大約10.5％的鈷、大約1.8％至大約2.2％的鉬、大約4.8％至大約5.2％的鎢、大約5.8％至大約6.2％的錸、大約5.5％至大約5.8％的鋁、大約5.8％至大約6.2％的鉭、大約3.8％至大約4.2％的釕、大約0.13％至大約0.17％的鉿和余量的鎳。

附圖說明

以下結合下述附圖對本發明主題進行描述，其中相同的附圖標記表示相同的元件，其中：

圖1是根據一個實施例的構件的透視圖；