镍基超合金制造技术

本发明专利技术涉及一种镍基超合金，按重量百分比计包含：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】镍基超合金、单晶叶片和涡轮机


[0001]本公开涉及例如航空领域中用于燃气涡轮机
、
特别是用于燃气涡轮机的固定叶片
(
也称为分配器或整流器
)
或移动叶片的镍基超合金
。

技术介绍

[0002]已知使用镍基超合金来制造飞机或直升机发动机的燃气涡轮机的固定或移动单晶叶片
。
[0003]这些材料的主要优点是它们兼具高温高抗蠕变性以及抗氧化和耐腐蚀性
。
[0004]随着时间的推移，用于单晶叶片的镍基超合金的化学成分发生了显著变化，特殊目的是提高它在高温下的蠕变性能，同时保持对使用这些超合金的非常恶劣的环境的耐性
。
[0005]此外，已经开发了适用于这些合金的金属涂层，以提高它们对使用这些合金的侵蚀性环境的耐性，特别是抗氧化性和抗腐蚀性
。
另外，可添加具有热障功能的低导热率陶瓷涂层，以降低金属表面的温度
。
[0006]通常，完整的保护系统至少包括两层
。
[0007]第一层，也称为下层或粘结层，直接沉积在要保护的镍基超合金零件
(
也称为基材，例如叶片
)
上
。
沉积工序之后是在超级合金中扩散下层的工序
。
沉积和扩散也可以在单个工序期间进行
。
[0008]通常用于生产该下层的材料包括
MCrAlY
类型的铝形成金属合金
(M
＝
Ni(<br/>镍
)
或
Co(
钴
))
或
Ni
和
Co
的混合物
——Cr
＝铬，
Al
＝铝，
Y
＝钇
——
或铝化镍型合金
(NixAly)
，有些还含有铂
(NixAlyPtz)。
[0009]第二层，通常称为热障或“TBC”(“热障涂层”的首字母缩略词
)
，是包含例如氧化钇氧化锆的陶瓷涂层，也称为“YSZ”(“氧化钇稳定氧化锆”的首字母缩略词
)
或“YPSZ”(“氧化钇局部稳定氧化锆”的首字母缩略词
)
，并且具有多孔结构
。
该层可通过多种方法沉积，例如电子束蒸发
(“EB
‑
PVD”，“电子束物理气相沉积”的首字母缩略词
)、
热喷涂
(“APS”(“大气压等离子题喷涂”的首字母缩略词
)”或“SPS”(“悬浮等离子体喷涂”的首字母缩略词
))
或任何其他可以获得低导热率多孔陶瓷涂层的方法
。
[0010]由于在例如
650℃
至
1100℃
的高温下使用这些材料，在基材的镍基超合金与下层的金属合金之间会在微观尺度上发生相互扩散现象
。
这些与下层的氧化相关的相互扩散现象特别是改变了化学成分
、
微观结构，因此改变了在涂层制造过程中以及在涡轮机中叶片的使用过程中下层的力学性能
。
这些相互扩散现象还改变了涂层下基材超合金的化学成分
、
微观结构，从而改变了力学性能
。
在含有大量难熔元素
(
特别是铼
)
的超合金中，二次反应区
(ZRS)
因此可在下层下方的超合金中形成，深度可达数十甚至数百微米
。
这种
ZRS
的力学性能明显低于基材超合金
。ZRS
的形成是不希望的，因为它会导致超合金的机械强度显著降低
。
[0011]粘结层这些与关于氧化铝层生长的应力场相关的演变
——
氧化铝层在该粘结层
的表面上形成，也称为“TGO”(“热生长氧化物”的首字母缩略词
)——
以及不同层之间热膨胀系数的差异会在下层与陶瓷涂层之间的界面区域中产生脱聚，这会导致陶瓷涂层部分或全部碎裂
。
然后，金属部分
(
超合金基材和金属下层
)
裸露并直接暴露于燃烧气体，这增加了叶片损坏的风险，从而增加了燃气轮机损坏的风险
。
[0012]另外，当由这些合金形成的零件保持处于高温时，这些合金化学的复杂性可能导致其最佳微观结构不稳定，并出现不良相的颗粒
。
这种不稳定会对这些合金的力学性能产生负面影响
。
这些具有复杂晶体结构和脆弱性质的不良相被称为拓扑密堆积
(“TCP”)
相
。
[0013]此外，在通过定向固化制造零件
(
例如叶片
)
期间，零件中容易形成铸造缺陷
。
这些缺陷通常是“雀斑”类型的寄生晶粒，其存在可能会导致使用中的零件过早失效
。
这些与超合金的化学成分有关的缺陷的存在通常会导致零件报废，从而导致生产成本增加
。

技术实现思路

[0014]本公开旨在提出用于制造单晶部件的镍基超合金组合物，与现有合金相比，其在寿命和机械耐性方面具有提高的性能并且允许降低零件的生产成本
(
降低废品率
)。
这些超合金具有比现有合金高的抗高温蠕变性，同时在超合金体内表现出良好的微观结构稳定性
(
对
PTC
形成的敏感性较低
)
，在热障涂层的下层下方具有良好的微观结构稳定性
(
对形成
ZRS
的敏感性较低
)
，具有良好的抗氧化和耐腐蚀性，同时避免形成“雀斑”类型的寄生颗粒
。
[0015]为此，本公开涉及一种镍基超合金，其以重量百分比计包含
5.5
％至
7.5
％的铝
、1.0
％至
4.0
％的钽
、0.50
％至
3.0
％的钛
、3.0
％至
7.0
％的钴
、8.0
％至
12.0
％的铬
、0
至
2.5
％的钼
、0
至
3.0
％的钨
、0.50
至
2.8
％的铼
、0.05
至
0.25
％的铪
、0
至
0.15
％的硅，剩下的由镍和不可避免的杂质组成
。
[0016]这种超合金用于制造单晶燃气轮机部件，例如固定叶片或移动叶片
。
[0017]由于镍基超合金
(Ni)
的这种成分，与现有超合金相比，抗蠕变性得到了改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种镍基超合金，按重量百分比计包含：
5.5
至
7.5
％的铝
、1.0
至
4.0
％的钽
、0.50
至
3.0
％的钛
、3.0
至
7.0
％的钴
、8.0
至
12.0
％的铬
、0
至
2.5
％的钼
、0
‑
3.0
％的钨
、0.50
‑
2.8
％的铼
、0.05
‑
0.25
％的铪
、0
‑
0.15
％的硅，剩余的由镍和不可避免的杂质组成
。2.
根据权利要求1所述的超合金，按重量百分比计包含：
5.5
至
6.5
％的铝
、1.0
至
3.0
％的钽
、0.50
至
1.5
％的钛
、3.0
至
7.0
％的钴
、10.0
至
12.0
％的铬
、0.5
至
1.5
％的钨
、0.50
至
1.5
％的铼
、0.05
至
0.25
％的铪
、0
至
0.15
％的硅，剩余的由镍和不可避免的杂质组成
。3.
根据权利要求1所述的超合金，按重量百分比计包含：
6.5
至
7.5
％的铝
、1.0
至
3.0
％的钽
、0.50
至
1.5
％的钛
、3.0
至
7.0
％的钴
、10.0
至
12.0
％的铬
、0.5
至
1.5
％的钨
、0.50
至
1.5
％的铼
、0.05
至
0.25
％的铪
、0
至
0.15
％的硅，剩余的由镍和不可避免的杂质组成
。4.
根据权利要求1所述的超合金，按重量百分比计包含：
6.0
至
7.0
％的铝
、1.0
至
4.0
％的钽
、0.50
至
2.5
％的钛
、3.0
至
7.0
％的钴
、8.0
至
10.0
％的铬
、1.5
至
2.5
％的钼
、0
至
2.5
％的钨<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰里米，
申请(专利权)人：赛峰集团，
类型：发明
国别省市：