[發明專利]抗氧化鎳合金

有效

• 申請號: 201310435390.0
• 申請日: 2013-08-16
• 公開（公告）號: CN103589911A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: M·Y·納滋米;A·庫恩滋勒;H·津恩;G·班迪伊拉
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通技術有限公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;G01K1/08;G01K1/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 林毅斌;林森

技術領域

本發明涉及一種暴露在大約1100℃極高溫下的氧化氣氛中的N型熱電偶護套。這種惡劣的作業要求發生在例如當測量現代燃氣輪機中的溫度時。尤其是，本發明涉及一種具有改進的蠕變性能的抗氧化Ni合金。

背景技術

現有技術已知的申請人的GT24/GT26型燃氣輪機，以連續燃燒的原理為基礎運轉。這意味著，在第一燃燒室中通過添加大約50％的總燃料(按基本載重)加熱壓縮空氣。.比后，燃燒氣體膨脹通過第一渦輪(單級高壓渦輪)，大約以系數2降低壓力。然后剩余的燃料加入到第二燃燒室，在第二燃燒室燃燒氣體被第二次加熱到最高渦輪入口溫度，并最終在低壓渦輪中膨脹。第二燃燒室被設計為自發著火，即第一渦輪的排出氣體的溫度必須使得自發著火與注入所述燃燒室的燃料一起發生。基于這個原因，必須監控和測量熱氣流的溫度。為此，申請人使用具有護套的熱電偶。

已知的用于熱電偶的護套合金為例如IN600、IN617以及所謂的。這是一種含有4.5％的Al的γ′增強Ni合金，其具有良好的抗張和應力斷裂性能，遺憾地是在抗氧化方面其表現出不令人滿意的性能，而且與熱電偶絲合金的熱膨脹系數不匹配。

其他商業化的護套合金為例如和，其都是含有不同含量的不同添加元素的Ni基底合金，所述添加元素例如是Si、Y、Mo。它們對長期高溫應用沒有表現出令人滿意的抗氧化能力。

另外，已知使用商品名為Nisil(鎳-硅)和Nicrosil(鎳-鉻硅)的鎳合金作為N型熱電偶絲。這些合金具有改進的氧化性能，并且相對于其他標準基底金屬熱電偶合金，對達到1200℃的溫度測量顯示出增強的熱電穩定性，這是因為他們的化學組成降低了熱電不穩定性。這通過以下實現：增加鎳基底中鉻和硅的濃度以引起氧化從內部模式轉變為外部模式；并且選擇添加的元素例如Mg，其氧化形成擴散屏障，并因此形成氧化抑制膜。在此應用中，Nisil作為熱電偶的負導線，而Nicrosil作為N型熱電偶的正導線。

遺憾的是，這些材料顯示出固有的低蠕變強度并具有相對低的抗張和應力斷裂性能，在兼容性護套材料的制造和選擇上需要考慮到這一點。

在N型熱電偶絲，特別是Nisil導線中已知的過早損壞歸因于護套合金，例如、IN600或ss316和Nisil以及Nicrosil熱電偶絲合金之間的熱膨脹系數不匹配。由于熱循環期間強加的交變應變，熱電偶導線可能機械地破壞。應變主要是由縱向應力造成的，所述縱向應力是因為熱電偶和不同的護套合金的不同的線性膨脹溫度系數引起的。

發明內容

本發明的目的是避免上述現有技術的缺陷。

本發明的目的在于，找到一種適用作用于N型熱電偶絲的護套材料的材料，其可在極高溫度的燃氣輪機的氧化氣氛中使用而不存在任何問題。在上述溫度中，所述護套材料應具有足夠的抗氧化能力和相對良好的應力斷裂性能(良好的長期可靠性)以及良好的熱電穩定性。

依據本發明，這一目的通過一種鎳合金實現，所述鎳合金具有以下化學組成(按重量％計)：4-7的Cr、4-5的Si、0.1-0.2的Y、0.1-0.2的Mg、0.1-0.2的Hf，剩余為Ni和不可避免的雜質。

本發明優選的實施方案是具有以下化學組成(按重量％計)的合金：6的Cr、4.4的Si、0.1的Y、0.15的Mg、0.1的Hf，剩余為Ni和不可避免的雜質。

與已知的商業化護套材料例如用于N型熱電偶絲的或相比較，本發明的合金在高溫下顯示出改進的抗氧化性，因此其在氧化氣氛中在非常高的溫度下用作用于N型熱電偶的護套材料可具有一定優勢。本發明的合金與N型熱電偶絲之間沒有明顯的熱膨脹系數不匹配。

附圖說明

本發明的示范性實施方案在附圖中闡明，其中：

圖1：顯示了對本發明的合金和不同的商業化合金在室溫下的抗張試驗結果；

圖2：顯示了對本發明的合金和不同的商業化合金在800℃/50MPa下的蠕變試驗結果；和

圖3：顯示了對本發明的合金和不同的商業化合金在1100℃下的氧化性能。

具體實施方式

下文依據示范性實施方案和附圖更加詳細地解釋本發明。

表1列出了所測試的合金各自的化學組成。合金組分按重量％計算。

表1：所測試的合金的化學組成