[發明專利]耐1400℃高強度抗蠕變Pt基高溫合金

有效

• 申請號: 202111314314.5
• 申請日: 2021-11-08
• 公開（公告）號: CN114032412B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 種曉宇;余威;馮晶;干夢迪;張健康;魏燕;胡昌義;張愛敏
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C22C5/04
• 分類號: C22C5/04;C22C30/00;C22C1/02;B22D18/06
• 代理公司: 重慶強大凱創專利代理事務所(普通合伙) 50217
• 代理人: 伍琴琴

本發明公開了耐1400℃高強度抗蠕變Pt基高溫合金，涉及高溫合金技術領域，其技術方案要點是：所述合金由元素Pt、Zr、Hf、Ni、Cr和元素X組成，其中，X為Sc、Ti、Co、Y、Ce、Th中的一種或幾種。各元素以質量百分比計：9?15％Zr、5?14％Hf、6?12％Sc、0?10％Ti、3?8％Ni、2?7％Co、7?11％Cr、0?1％Y、0?1％Ce、0?1％Th，余量為Pt。具有提高Pt?Al體系的γ/γ'型Pt基高溫合金的高溫強度和抗蠕變性能，降低鉑基合金的使用成本的效果。

技術領域

本發明涉及高溫合金技術領域，更具體地說，它涉及耐1400℃高強度抗蠕變Pt基高溫合金。

背景技術

高溫合金的產生最初主要是為了滿足噴氣發動機對材料的苛刻要求，傳統意義上的高溫合金是指鎳基、鐵基、鈷基、鈦基及其金屬間化合物等賤金屬，主要應用于航空發動機、工業燃氣輪機等的熱端部件，作為高溫結構材料之一的鎳基超級合金是目前航空航天、氣輪機等熱端部件的主要用材，然而由于熔點的限制，鎳基合金的服役溫度已接近極限，難以被進一步提高。

貴金屬鉑(Pt)不僅具有與Ni相同的晶體結構(面心立方結構)，而且Pt的熔點(1768℃)遠高于Ni的熔點(1455℃)，且具有優良的抗氧化及耐腐蝕性能，高溫使用時一般無須涂層保護，可以經受高溫和劇烈復雜環境的考驗，成為很多特殊應用壞境中不可缺少的材料。然而純鉑在高溫下晶粒嚴重長大，高溫強度和抗蠕變性能下降，不能在高溫應力條件下長期使用，常常采用固溶強化或彌散強化的方式提高Pt基合金的高溫強度。對于Pt-Ir合金來說，Ir在高溫下會發生揮發降低材料的高溫穩定性，大量Ir的揮發會大大損傷材料的性能，同時Ir的延性較差，使得Pt-Ir合金加工困難。而對于Pt-Rh合金來說，Rh元素在室溫下固溶強化效果較弱，同時Rh元素價格昂貴，使得整個Pt-Rh合金成本增加。通常在Pt-Rh合金中添加少量(1％)的Mo、W、Ru、Ir等元素，提高合金的持久強度，降低蠕變速，但是在高溫情況下，這些元素容易氧化揮發，并且隨著溫度的升高這些元素的揮發損失迅速增加，使得材料的高溫強度降低。此外，固溶強化型合金在高溫下會出現晶粒粗化，大大損傷材料的力學性能。對于彌散強化型Pt基合金來說，通常是在Pt基合金中加入碳化物(TiC)或氧化物(ZrO₂、Y₂O₃)提高材料的力學性能，但彌散強化Pt基合金加工性能差，通常會大大降低材料的塑性。

γ/γ'型Ni基高溫合金在高溫下具有優異的力學性能，而Pt具有與Ni相同的晶體結構，這對開發出具有類似結構的Pt基高溫合金提供了借鑒意義。目前γ/γ'型Pt基高溫合金的研究主要集中在Pt-Al體系，由于Pt₃Al的熔點僅為1556℃，Pt₃Al與Pt在1505℃發生共晶反應，使得Pt-Al體系的γ/γ'型Pt基高溫合金服役溫度難以突破1300℃。

發明內容

本發明的目的是提供耐1400℃高強度抗蠕變Pt基高溫合金，解決Pt-Al體系的γ/γ'型Pt基高溫合金在1300℃環境中應用時，其高溫強度和抗蠕變性能較差的問題。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

耐1400℃高強度抗蠕變Pt基高溫合金，所述合金由元素Pt、Zr、Hf、Ni、Cr和元素X組成，其中，X為Sc、Ti、Co、Y、Ce、Th中的一種或幾種。

Sc、Ti、Zr和Hf四種合金元素為γ'相元素，主要用于在Pt基合金中形成高熔點的γ'相。γ/γ'相兩相共格結構的形成，不僅僅只是添加γ'相合金元素，同時，還要添加合金元素使其固溶進Pt基體，調控γ/γ'相的晶格常數，使界面能和畸變能達到合適的比例。本發明主要添加Ni和Co，一方面用于調控Pt基高溫合金中的γ/γ'相的兩相失配度，確保形成立方形貌的γ'相，另一方面用于降低合金的層錯能，抑制有害相的析出，提高合金的抗蠕變能力。