[發明專利]一種含高溫有序γ`強化相的Co?V基高溫合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201510029465.4
• 申請日: 2015-01-21
• 公開（公告）號: CN104630569B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 劉興軍;阮晶晶;王翠萍;施展;楊水源;張錦彬;黃藝雄
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C22C19/07
• 分類號: C22C19/07;C22F1/10
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司35204
• 代理人: 張松亭

技術領域

本發明涉及一種高（Co, V）含量、主要具有典型γ + γ'兩相組織形貌，并且具有優良高溫力學性能的Co-V基高溫合金及其制備方法。

背景技術

高溫合金被廣泛地應用于航空、航天、艦船和能源動力等領域，特別是發動機高溫部件，如噴油嘴、燃燒室和渦輪葉片等。高溫合金可通過如常規鑄造，定向凝固等多種工藝制備。有些常規鑄材又經過輥軋、鍛造和擠出等方式加工；有些在鑄造后又采用固溶處理和時效處理等多種方式進一步熱處理；有些高溫合金還附有環境保護涂層。Co基高溫合金和Ni基高溫合金為目前所熟知的兩大類高溫合金。Co基高溫合金具有優良的耐熱腐蝕、耐磨損和抗氧化等特點，并且鈷的熔點比鎳的熔點高近40℃。但是相對于Ni基高溫合金而言，較低的高溫強度極大地限制了Co基高溫合金的應用（參見T.C. Du Mond, P.A. Tully, K. Wikle, Metals Handbook, vol. 3, American Society for Metals, Metals Park, OH, 1980, pp. 589–594；C.T. Sims, N.S. Stoloff, W.C. Hagel, Superalloys II, John Wiley & Sons, New York, 1987, pp. 135–163；J.R. Davis, (Ed.), Nickel, Cobalt, and Their Alloys, ASM international, 2000, pp. 343-368）。相關研究表明，由于傳統Co基高溫合金僅通過固溶以及碳化物析出進行強化，而非類似Ni基高溫合金中的γ'共格強化，這使得Co基高溫合金的高溫強度較低（參見C.T. Sims, N.S. Stoloff, W.C. Hagel, Superalloys II, John Wiley & Sons, New York, 1987, pp. 158–163；J.R. Davis, (Ed.), Nickel, Cobalt, and Their Alloys, ASM international, 2000, pp. 104-111）。2006年，Ishida等人在Co-Al-W體系中發現了具有共格強化相γ'的Co基高溫合金（參見J. Sato, T. Omori, K. Oikawa, I. Ohnuma, R. Kainuma, K. Ishida, Science 2006; 312: 90），并且隨后在Co-Ga-W（參見H. Chinen, T. Omori, K. Oikawa, I. Ohnuma, R. Kainuma, K. Ishida, Journal of Phase Equilibria and Diffusion 2009；30: 587）以及Co-Ge-W（參見H. Chinen, J. Sato, T. Omori, K. Oikawa, I. Ohnuma, R. Kainuma, K. Ishida, Scripta Materialia 2007; 56: 141）等體系中也發現了共格強化相γ'。由于Co-Al-W體系中共格強化相γ'具有較高的固溶溫度（1000~1140℃）以及γ/γ'具有優良的力學性能，使得該體系有望成為一種新型的高溫材料。但是，對于單純的Co-Al-W三元系來說，其較低的高溫強度表明此類Co基高溫合金的承溫能力依然有限。

專利CN102234732A（專利名稱：鈷鎳超合金及相關制品）和專利US20110268989A1（專利名稱：Cobalt-nickel superalloys, and related articles）介紹了一種基于傳統鈷基合金Haynes 188、包含γ' ((Co, Ni)₃(Al, Z), Z為難熔金屬)的鈷鎳合金組成物，其成分約為金屬單質鈷(30~50 wt. %)、金屬鎳(20~40 wt. %)、金屬鋁和鉻(10 wt. %)、難熔金屬鎢(10~16 wt. %)和鉭(至多4 wt. %)。通過固溶處理、時效處理、空冷等處理方法，獲得了含尺寸約200nm的γ' -(Co, Ni)₃(Al, W)的鈷鎳超合金。并且差示掃描量熱測定(DSC)的結果表明Al、Ni以及Ta的添加有利于提高γ'的固溶溫度。值得注意的是，高的γ'的固溶溫度是高溫合金在實際應用中的一個重要因素，雖然該合金的γ'固溶溫度最高達到了930℃，但是仍然需要進一步提高γ'的固溶溫度。