[發(fā)明專利]一種高承溫能力的鎳基單晶高溫合金及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010792537.1
• 申請(qǐng)日: 2020-08-09
• 公開（公告）號(hào): CN111961920B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙新寶;張澤;谷月峰;岳全召;貝紅斌;丁青青;岳亮;夏萬順;魏曉;曹高劭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C19/05
• 分類號(hào): C22C19/05;C22F1/10;C30B29/52;C30B11/00
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 金杭

本發(fā)明公開了一種高承溫能力的鎳基單晶高溫合金，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，該合金的化學(xué)成分組成包括：鉻2.5wt.％～4.5wt.％，鈷4.5wt.％～6.9wt.％，鎢5wt.％～7wt.％，鉬2.1wt.％～4wt.％，錸4wt.％～5.5wt.％，鋁5wt.％～7wt.％，鉭5wt.％～6.9wt.％，鉿0wt.％～0.2wt.％，鈮0.1wt.％～0.5wt.％，釕2wt.％～3.5wt.％，碳0wt.％～0.05wt.％，釔0wt.％～0.03wt.％，余量鎳；且該合金中釕和鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系為3.8％≤釕+1/3鈷≤5.2％，鉻與錸的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為鉻+錸≤8.8％。本發(fā)明還公開了一種高承溫能力的鎳基單晶高溫合金的制備方法。本發(fā)明通過協(xié)同調(diào)控關(guān)鍵元素添加和后續(xù)制備處理，基于優(yōu)化微觀結(jié)構(gòu)開發(fā)了一種高承溫能力的鎳基單晶高溫合金，其承溫能力超過典型的第三代單晶高溫合金水平，其高溫持久性能優(yōu)于報(bào)道的部分第四代單晶高溫合金。同時(shí)，合金的制備相對(duì)易于實(shí)施。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高溫合金材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高承溫能力的鎳基單晶高溫合金及其制備方法，適用于先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片。

背景技術(shù)

為提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比，降低油耗，高壓渦輪前進(jìn)口溫度持續(xù)攀升，將從現(xiàn)在第四代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的2000K左右提升到2200K左右。鎳基單晶高溫合金是當(dāng)前制備航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪葉片的重要材料，為滿足超高的渦輪前燃?xì)鉁囟鹊男枨螅枰M(jìn)一步提高高壓單晶渦輪葉片的承溫能力，來實(shí)現(xiàn)葉片強(qiáng)度的整體提高。

高壓渦輪進(jìn)口溫度每提高100℃，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比就相應(yīng)提高10％。發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前進(jìn)口溫度的升高，對(duì)渦輪葉片的承溫能力、強(qiáng)度和可靠性提出了更高的要求。為此，主要?dú)W美國國家、日本及知名發(fā)動(dòng)機(jī)制造商非常重視單晶高溫合金的研發(fā)。自上世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了承溫能力為1010℃左右的第一代鎳基單晶高溫合金。隨著難熔元素Re的添加，出現(xiàn)了耐溫能力比第一代單晶合金提高25℃左右的第二代鎳基單晶高溫合金，如CMSX-4，RenéN5、PWA1484、DD6合金等。隨后進(jìn)一步提高了Re的含量，同時(shí)優(yōu)化其他難熔元素，單晶合金的承溫能力進(jìn)一步提高了25℃左右，如CMSX-10、RenéN6、TMS-75、DD10等，其中RenéN6的承溫能力達(dá)到了1047℃。

為提高合金的高溫性能，多數(shù)第三代鎳基單晶高溫合金的難熔元素含量(W+Mo+Re+Ta)超過了20％(質(zhì)量百分比)，導(dǎo)致有害相—拓?fù)涿芏严?TCP相，Topologically closepacked phase)的析出，該相降低組織穩(wěn)定性的同時(shí)損害了合金的高溫性能。高代次鎳基單晶中的典型元素Re是強(qiáng)促進(jìn)TCP相析出的元素；為保障合金的抗氧化和耐蝕性能，合金中往往添加較多的Cr含量，高Re和Cr的耦合添加進(jìn)一步加劇了有害相的析出。因此，需要在提高合金抗蠕變性能的同時(shí)，進(jìn)一步提高合金的組織穩(wěn)定，減少有害相的析出，以保障合金的高承溫能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)高渦輪前進(jìn)氣溫度的航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪葉片的需求，提出一種高承溫能力的鎳基單晶高溫合金及其制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種高承溫能力的鎳基單晶高溫合金，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，該合金的化學(xué)成分組成包括：鉻(Cr)2.5wt.％～4.5wt.％，鈷(Co)4.5wt.％～6.9wt.％，鎢(W)5wt.％～7wt.％，鉬(Mo)2.1wt.％～4wt.％，錸(Re)4wt.％～5.5wt.％，鋁(Al)5wt.％～7wt.％，鉭(Ta)5wt.％～6.9wt.％，鉿(Hf)0wt.％～0.2wt.％，鈮(Nb)0.1wt.％～0.5wt.％，釕(Ru)2wt.％～3.5wt.％,碳(C)0wt.％～0.05wt.％，釔(Y)0wt.％～0.03wt.％，余量鎳(Ni)；且該合金中釕和鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系為3.8％≤釕+1/3鈷≤5.2％，鉻與錸的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為鉻+錸≤8.8％。