[發明專利]鎳基合金

在審

• 申請號: 201680037529.8
• 申請日: 2016-06-30
• 公開（公告）號: CN107849644A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: R·里德;Z·朱;D·克魯登
• 申請（專利權）人: 牛津大學創新有限公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05
• 代理公司: 北京匯知杰知識產權代理事務所(普通合伙)11587
• 代理人: 楊巍,蔡倫

技術領域

本發明涉及一種用于工業燃氣渦輪機(IGT)內的鎳基單晶高溫合金組合物。之前，存在將在航空發動機上證明的鎳基高溫合金轉移到IGT應用的趨勢。然而，這已經被證明在很大程度上是不適當的，可能是因為必要的設計意圖—由諸如發動機構造和用途等因素決定—因此不受重視。本發明提供了一種合金，所述合金被設計成具有與同等合金級相當的抗蠕變性，同時具有顯著地改善的抗腐蝕性。所述合金的成本也相對較低，其對于需要相對較大鑄件的應用是特別有利的。新合金的性質平衡使其適用于IGT應用，其中比航空發動機應用更低質量的燃料導致侵襲性的腐蝕損傷。

背景技術

表1列出了用于IGT的鎳基單晶高溫合金的通常組成的實例。這些合金可用于制造燃氣渦輪發動機中使用的旋轉/固定式渦輪葉片。

表1：用于IGT應用的商用單晶合金中以重量％計的標稱組成。

這些材料因其突出的抗機械降解性和抗化學降解性而在燃氣渦輪發動機最熱的部分內使用。它們含有多達十種不同的合金元素，這是賦予所期望的性質組合所必需的。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種用于IGT應用的鎳基合金，其具有與用于這些應用的其它合金同等的機械性質以及改善的抗腐蝕損傷性。

本發明的一個目的是提供一種合金，其還與表1中列出的那些合金具有同等和更低的成本。

本發明提供了一種鎳基合金組合物，其由以重量百分比計的以下各成分組成：12.3％至15.2％的鉻、4.8％至12.0％的鈷、2.5％至8.3％的鎢、0.0％至0.5％的鉬、0.0％至0.5％的錸、3.5％至6.7％的鋁、6.1％至10.7％的鉭、0.0％至至多0.5％的鉿、0.0％至0.5％的鈮、0.0％至0.5％的鈦、0.0％至0.5％的釩、0.0％至0.1％的硅、0.0％至0.1％的釔、0.0％至0.1％的鑭、0.0％至0.1％的鈰、0.0％至0.003％的硫、0.0％至0.05％的錳、0.0％至0.05％的鋯、0.0％至0.005％的硼、0.0％至0.01％的碳，其余為鎳和附帶的雜質。該組合物在成本、密度、抗蠕變強度和抗氧化性之間提供良好的平衡。

在一個實施方案中，鎳基合金組合物由以重量百分比計12.3％至14.7％的鉻、優選13.0％至14.7％的鉻組成。這樣的合金特別抗氧化損傷，同時保持基本上沒有有害的TCP相形成。

在一個實施方案中，鎳基合金組合物由以重量百分比計7.1％至11.0％的鈷、優選大于7.8重量％的鈷組成。這樣的合金特別抗蠕變變形，同時觀察到受限水平的蠕變各向異性(取向依賴)。

在一個實施方案中，鎳基合金組合物由以重量百分比計3.3％至6.4％的鎢、優選4.2％至5.8％的鎢組成。該組合物實現了低重量、抗TCP相形成和抗蠕變性之間的折衷。

在一個實施方案中，鎳基合金組合物由以重量百分比計4.5％至6.4％的鋁、優選4.7％至5.7％的鋁組成。該組合物實現了高抗蠕變性和降低的密度，同時提高了抗氧化性。

在一個實施方案中，鎳基合金組合物由以重量百分比計6.1％至10.7％的鉭組成。這在抗蠕變性和密度之間提供了最佳平衡和/或防止了Eta(ε)相Ni₃Ta形成的可能性。優選地，該合金由6.5％至10.7％的鉭、更優選6.6％至9.4％的鉭組成。這進一步降低了合金的成本和密度以及ε相形成的傾向。

在一個實施方案中，鎳基合金組合物由以重量百分比計0.0％至0.2％的鉿組成。這對于約束合金中的附帶雜質(例如碳)來說是最佳的。

在一個實施方案中，在鎳基合金組合物中，元素鈷與鎢的總和以重量百分比計大于13.5％。這樣的合金具有優良的抗蠕變性。

在一個實施方案中，在鎳基合金組合物中，元素鎢和鉭的總和以重量百分比計小于14.4％，優選小于12.6％。這是有利的，因為這樣的合金具有相對較低的密度。

在一個實施方案中，鎳基合金組合物具有50％至65％的體積分數γ′，優選地γ′的體積分數為50％至60％，更優選地γ′的體積分數為50％至55％。這提供了抗蠕變性、抗氧化性和TCP相形成傾向之間的優選的平衡。

在一個實施方案中，在鎳基合金組合物中，元素鋁與鉭的總和以重量百分比計為11.5％至16.2％，優選11.5％至15.8％，更優選11.5％至15.5％。這有助于實現期望的γ′的體積分數。