[發明專利]一種超級合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201610761775.X
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106282729B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 彭書成
• 申請（專利權）人: 彭書成
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C32/00;C22C38/50;C22C38/58;C21D8/02
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所11308
• 代理人: 喻蓉

技術領域

本發明涉及一種合金材料及其制備方法，特別涉及一種超級特種合金及其制備方法，該超級合金具有無磁、不銹、可焊接、加工不變形的良好性能。

背景技術

超合金(Super alloy)又稱高溫合金，是鉬的重要終端產品之一。通常包括: 含鉬等難熔金屬的鈦基合金、鎳基合金、鈷基合金和鐵基合金等。有人也把鉬基合金歸為超級合金。超級合金具有高強度、高硬度、高耐蝕、高熱穩定性和良好的可加工性，廣泛用于航空、航天、汽車、醫學、化學、石化、煤化工和高溫等工業領域。

超級合金在高溫時有很高的持久、蠕變和疲勞強度，其使用溫度可達1100℃左右。其典型組織為：奧氏體基體和彌散分布于其中的強化相，它可以是碳化物相、金屬間化合物相或穩定化合物質點。根據合金成分和使用上的需求，可選擇電弧爐、感應爐、真空感應爐進行一次熔煉或用真空白耗爐或電渣爐對母合金進行重熔，還有用電子束或低壓等離子體作為高熱能源進行熔煉的工藝。在鑄造工藝上，除常規的精密鑄造外，定向結晶和單晶技術已得到廣泛應用，快速凝固粉末冶金和機械合金化工藝也是兩種制備方法。

越來越多的研究表明：超級合金可以滿足日臻發展的各種工業、醫學、體育事業等對高性能材料的要求,從而成為鉬冶金學者和研發人員關注的熱點。

常見的超合金(高溫合金)有鎳基合金Inconel 718,Inconel 625，Nimonic 263，Nimonic 901，Hastelloy C-276等；鐵基合金A286，AM350，N 155等；鈷基合金Haynes 188，Stellite 31等。

據世界金屬統計報導,世界工業發達國家對超級合金的需求呈增長態勢。2000年美國超級合金消費鉬1880噸，2001年消費鉬2229噸，2002年消費鉬1880噸，2003年消費鉬1870噸，年平均消費量約占鉬總消費量的8％～12％。

鉬基超級合金主要應用在高溫領域,各類鉬錸合金消費約占鉬總消費量的 0.7％～1.0％。

國外(如美國、日本等)對超級合金研究較多，例如日本的關西電力公司與名古屋大學、日立制作所開發了一種新型燃氣渦輪機葉片用鎳基單結晶超級合金，該材料的耐高溫數值創下了全球最高紀錄為1400℃，發電時多用于1300℃左右。如果使用新型合金就可以耐得住1500℃以上的高溫，因此可以提高渦輪入口處的溫度，提高熱效率。為了制作出耐高溫、高強度及抗腐蝕性的合金，名古屋大學在全球首次將分析物質分子結構的“分子軌道法”應用到合金的設計中，對各種金屬元素的組合進行設計。通過以鎳為基礎修改鈷、鉻、鎢、鋁、鈦、鉭、鋏、鉿等合金元素的構成比率，開發出了最佳的合金材料。如果將這一超級合金用于燃氣渦輪葉片，可以在大幅度超過1300℃的燃燒溫度下，實現1500℃燃燒。由此，可以將發電效率(最高發熱量標準)由最高的49％提高到55％，并將基于燃料費的發電成本減少約11％左右。如果將利用率設定為50％，推算60萬KW 級火力發電所每單元發電，金額上每年可以節省10億日元左右、CO₂排放量較以前減少約11％，每年可以減少10萬噸左右。

美國布朗大學的阿克塞爾等科學家通過計算機進行最優組合，開發創造出打破記錄的高熔點超級合金材料，其耐高溫達到4126℃。研究人員在原子級別上進行物理過程的模擬，使用鉿、鉭和碳等元素結合高溫聚變后，將能量順利轉移，創造出超高熔點的化合物。

現在的合金雖然可以達到無磁(即合金材料沒有磁性)，但是卻容易生銹，即做不到不生銹，并且更做不到合金材料在焊接后同樣不生銹；另外現有的合金材料不能制備成2米(寬)×6米(長)×0.01厘米(厚)的板材或制成2米(寬) ×6米(長)厚度≥1厘米的厚材等技術缺陷。本發明制備的超級特種合金不僅做到了無磁而且在合金材料進行焊接后同樣還不生銹，并且還具有耐腐蝕性和不生銹的改進的優點。

發明內容

本發明的目的是針對現有合金及其制備中存在的技術問題提出一種超級合金及其制備方法，本發明的超級合金是無磁性且不生銹材料，具有耐腐蝕性，并且能夠進行焊接，焊接前和焊接后的材料性能相同，并且可以制造成合金板材，板材焊接后不變形等優點。

為實現本發明的目的，本發明一方面提供一種超級合金，所述超級合金包括如下化學組成成分：TiC金屬間化合物細化劑、鉻、錳、鎳、氮、鐵和稀土元素。

其中，所述稀土元素選自鑭系過渡元素中的一種或多種。

特別是，所所述稀土元素選自釤(Sm)、銪(Em)、釓(Gd)、鋱(Tb)或鏑(Dy)中的一種或多種，優選為釤(Sm)。