[發明專利]形成氧化鋁的鎳基合金

有效

• 申請號: 200980146335.1
• 申請日: 2009-11-06
• 公開（公告）號: CN102216479A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發明（設計）人: 托馬斯·赫蘭德;馬茨·倫德貝格;波·約恩松
• 申請（專利權）人: 山特維克知識產權股份有限公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 張珂珂;郭國清

技術領域

本發明涉及預期用于高溫，例如高于900℃，的鎳基合金。特別地，本發明涉及與鋁合金化的彌散加強的鎳基合金，其能夠在表面上形成穩定的氧化鋁，由此該合金具有好的抗氧化性。此外，本發明涉及該鎳基合金的粉末以及該鎳基合金的用途。

背景技術

與鋁合金的鎳基合金用于廣泛的高溫應用中，例如熱處理爐中，因為其在表面上形成穩定的保護性氧化鋁。該氧化鋁通常具有非常好的附著性，且不容易剝落或離開該表面。此外，該氧化鋁甚至在高溫也具有低的生長速度。因此這種類型的合金通常具有非常好的抗氧化性。

已知形成氧化鋁的鎳基合金難以制備，尤其難以熱加工。其非常重要的原因是在緩慢冷卻/加熱過程中，例如在熱處理過程中或在熱加工過程中，在低于約900℃的溫度形成了金屬間相γ’(Ni₃Al)。該金屬間相使該合金變硬并變脆，并因此難以加工。γ’的沉淀還降低了鋁在該合金中的活性，并由此使得保護性氧化鋁在表面上的形成變得更加困難。

US?4,882,125中公開了形成氧化鋁的鎳基合金的一個實例。該合金包含27-35％Cr、2.5-5％Al和2.5-6％Fe。公開了高含量的鋁降低了該材料的韌性，以及Al含量應當為至少2.75％以產生好的氧化保護，但優選不超過4％以使延展性不會變差。該專利還教導了高含量的Fe使該氧化性能變差，為此鐵含量應當不超過6％。

US?4,460,542中公開了形成氧化鋁的鎳基合金的另一實例。該合金包含14-18％Cr、4-6％Al和1.5-8％Fe。該專利教導了與在表面上形成氧化鉻的鎳基合金相比，加入4-6％Al造成更好的氧化性能。在該專利中還公開了Fe對氧化性能具有負面影響，為此鐵含量應當最大為8％。

WO?2004/067788A1公開了形成氧化鋁的鎳基合金的另一實例。在該例中，該合金包含15-40％Cr、1.5-7％Al和0.5-13％Fe。據稱當該合金包含最大26.5％Cr、最大11％Fe和3-6％Al時實現了最好的結果。

WO?00/34541A1公開了包含19-23％Cr、3-4.4％Al和18-22％Fe的鎳基合金。該合金預期用于高溫。WO?00/34541A1公開了19-23％Cr和3-4％Al的組合對于形成保護性Al₂O₃-Cr₂O₃垢是至關重要的。通過沉淀1至5摩爾％的Cr₇C₃顆粒，據稱其是由24小時熱處理而實現的，使該鎳基合金強化。該合金是通過熔煉，例如真空熔煉，澆鑄和加工成標準工程學形狀，例如棒、條等，而制得的。該合金在高達1000℃下表現出良好的抗氧化性。

之前還已知鐵基鐵素體形成氧化鋁的合金。然而，這種類型的合金通常在高溫下具有低的機械強度。因此，通常加入小顆粒以提高該材料的蠕變強度。這例如描述于Metals?Handbook，第10版，第2卷，943頁中。這種類型的合金的另一問題是其室溫延展性通常非常低，這使得焊接更困難。為了在鐵素體材料中實現牢固的焊接，通常需要將待焊接的材料預熱到至少200℃。在很多情況中，在焊接之后還需要在750-850℃進行去應力退火。

發明概述

本發明的目的是實現在高溫下，特別是約900℃到至少約1250℃，具有優良的抗氧化性且仍具有好的熱加工性和好的蠕變強度的合金。

通過彌散強化的鎳基合金實現了上述目的，其以重量百分比(wt％)計包含：

選自Ta、Zr、Hf、Ti和Nb的一種或多種元素0.25-2.2

選自稀土金屬(REM)的一種或多種元素最大0.5，

余量的Ni和常見雜質。

依照本發明的該鎳基合金是奧氏體的，且具有非常好的抗氧化性，尤其是在高溫下，例如高于900℃。即使在約1100℃的溫度抗氧化性也很高。因為本發明的合金在表面上形成穩定的氧化鋁，因此其甚至可以用于比氧化鉻形成材料受到廣泛氧化的那些溫度更高的溫度，即高于約1150℃。

已經發現通過向形成氧化鋁的鎳基合金中加入相對高含量的Fe可以降低金屬間相γ’的穩定性，其又使該合金更容易制造和加工。γ’穩定性的降低使得對于給定的冷卻速度這種沉淀的形成更緩慢，這有利于該合金的熱加工。這還導致Al活性降低的風險降低，這又確保了能夠在該合金的表面上形成抗氧化性的氧化鋁。