[發(fā)明專利]一種耐1100℃高溫抗氧化燃燒室合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110387545.2
• 申請日: 2021-04-10
• 公開（公告）號: CN113234961B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鞠泉;李開松;張勇路;馬惠萍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京鋼研高納科技股份有限公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C30/00;C22C1/03;C22C1/10;C22F1/10;C22F1/16
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 李傳亮

本申請公開了一種耐1100℃高溫抗氧化燃燒室合金及其制備方法，屬于高溫合金技術(shù)領(lǐng)域，一種耐1100℃高溫抗氧化燃燒室合金，技術(shù)方案要點(diǎn)是按重量百分比計(jì)，所述合金的化學(xué)成分為C：0.05~0.15%、W：16~20%、Co：16~20%、Y：0.005~0.05%、B：0~0.010%、Cr：12~20%、Al：3~4%、Zr：≤0.05%、Fe：＜3%，余量為Ni和不可避免的雜質(zhì)，達(dá)到提高合金的使用溫度，使得合金在1100℃的條件下具有良好的抗氧化性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及高溫合金領(lǐng)域，特別涉及一種耐1100℃高溫抗氧化燃燒室合金及其制備方法。

背景技術(shù)

燃燒室是航空航天發(fā)動機(jī)不可或缺的高溫部件，其對材料的耐高溫能力的需求永無止境，現(xiàn)有GH3230和GH5188合金是可用于燃燒室的耐溫能力最高的兩種合金，其長時(shí)最高使用溫度在1000℃左右，由于現(xiàn)有的燃燒室合金的耐溫能力不能滿足先進(jìn)發(fā)動機(jī)的需要，因此需要在燃燒室的表面涂覆耐高溫涂層以及在燃燒室內(nèi)設(shè)置冷卻結(jié)構(gòu)，但是提高材料的耐高溫能力才是最根本的解決措施。

但是現(xiàn)有技術(shù)中想要提高GH3230和GH5188這兩種合金的使用溫度時(shí)遇到以下問題：(1)當(dāng)溫度超過1000℃時(shí)，合金的氧化物膜為含鉻氧化物，而含鉻氧化物將會轉(zhuǎn)化成揮發(fā)性三氧化鉻，使抗氧化性能衰減明顯；(2)當(dāng)進(jìn)一步添加W、Mo為代表的固溶強(qiáng)化元素時(shí)，將會超過基體固溶能力，無法形成有效強(qiáng)化，因此現(xiàn)有燃燒室用高溫合金近30年來使用溫度沒有明顯提高。

發(fā)明內(nèi)容

為了提高高溫合金的使用溫度，本申請?zhí)峁┮环N耐1100℃高溫抗氧化燃燒室合金及其制備方法。

本申請?zhí)峁┑囊环N耐1100℃高溫抗氧化燃燒室合金，按重量百分比計(jì)，所述合金的化學(xué)成分為C：0.05～0.15％、W：16～20％、Co：16～20％、Y：0.005～0.05％、B：0～0.010％、Cr：12～20％、Al：3～4％、Zr：≤0.05％、Fe：＜3％，余量為Ni和不可避免的雜質(zhì)。

優(yōu)選的，按重量百分比計(jì)，所述合金的化學(xué)成分為C：0.1～0.15％、W：18～20％、Co：17～20％、Y：0.01～0.05％、B：0～0.010％、Cr：15～20％、Al：3.5～4％、Zr：≤0.05％、Fe：＜3％，余量為Ni和不可避免的雜質(zhì)。

優(yōu)選的，按重量百分比計(jì)，所述不可避免的雜質(zhì)為S：≤0.015％、P：≤0.015％、Mn：≤0.015％、Si：≤0.15％。

通過采用上述技術(shù)方案，C作為強(qiáng)化元素其與W一起形成大量的一次的M₆C型碳化物，M₆C型碳化物的形成，一方面有助于控制晶粒尺寸，另一方面消耗一部分W，有利于合金在高溫條件能夠長時(shí)間保持組織穩(wěn)定性，從而有利于合金的高溫持久性能以及高溫強(qiáng)度。

Cr是提高鎳基合金的抗氧化性能、抗腐蝕性能，同時(shí)也是高溫強(qiáng)度的重要元素。Cr元素的存在可以形成保護(hù)性的Cr₂O₃氧化膜，但是在高于1000℃的高溫條件下，Cr元素對抗氧化的作用減弱，同時(shí)Cr₂O₃氧化膜在1100℃的條件下會脫落。而本申請中Al元素的加入可改善氧化膜的結(jié)構(gòu)，當(dāng)A1含量過低時(shí)，只能形成不連續(xù)的內(nèi)氧化物Al₂O₃；不能明顯提高合金的抗氧化性能；當(dāng)Al含量增加到一定臨界值時(shí)，由于該臨界值通常與合金中Cr含量有關(guān)，會逐漸形成連續(xù)的含Al氧化層；但是Al含量增加過多，會降低合金的塑性和焊接性能。因此在本申請中將Al元素的含量限定在3～4％的范圍內(nèi)時(shí)，能夠配合Cr元素形成連續(xù)的含Cr/Al的復(fù)合氧化膜，以增強(qiáng)合金的抗氧化性能。而且實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)Cr元素大于12％時(shí)，有利于Cr/Al復(fù)合氧化物的形成，從而有效提高燃燒室用高溫合金的抗氧化性能。但是當(dāng)Cr元素含量高于20％時(shí)，需要更多的Al元素來形成復(fù)合氧化物，對合金的抗氧化性能無明顯益處，因此本申請中Cr元素限定在12～20％之間。