專利名稱：形成氧化鋁的鈷-鎳基合金和由此制造物品的方法
形成氧化鋁的鈷-鏡基合金和由此制造物品的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明公開高溫高強(qiáng)度Co-Ni基合金和由此制造物品的方法。更具體地講，本發(fā)明公開能夠形成氧化鋁表面層或氧化層(scale)的Y’強(qiáng)化的Co-Ni基合金以及用于生產(chǎn)它的方法。這些合金適合于制造用于其中需要高溫強(qiáng)度和抗氧化性的應(yīng)用的物品。在許多高溫、高強(qiáng)度應(yīng)用中，特別是用于工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)以及飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件、化工廠材料、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件比如渦輪增壓器轉(zhuǎn)子、高溫爐材料等，在高溫操作環(huán)境下需要高強(qiáng)度以及優(yōu)良的抗氧化性。在其中一些應(yīng)用中，已經(jīng)使用了 Ni基超合金和Co基合金。這些合金包括通過形成Y ’相強(qiáng)化的Ni基超合金，所述Y ’相具有有序的面心立方Ll2結(jié)構(gòu)例如Ni3(Al，Ti)。優(yōu)選的是Y’相用于強(qiáng)化這些材料，因?yàn)槠渚哂心嫦驕囟纫蕾囆裕渲袕?qiáng)度與操作溫度一起增大。在其中需要抗腐蝕性和延展性的高溫、高強(qiáng)度應(yīng)用中，Co基合金為常用合金而不 是Ni基合金。Co基合金用M23C6或MC型碳化物包括Co3Ti、Co3Ta等強(qiáng)化。這些合金已經(jīng)報(bào)導(dǎo)具有與Ni基合金的Y ’相晶體結(jié)構(gòu)相同的Ll2-型結(jié)構(gòu)。然而，Co3Ti和Co3Ta在高溫下具有低穩(wěn)定性。因此，即使優(yōu)化合金成分，這些合金具有僅約750°C的操作溫度上限，其通常低于Y’強(qiáng)化的Ni基合金。具有分散并沉淀于其中的Ll2型金屬間化合物[Co3(A1，W)]的Co基合金已經(jīng)公開于US2008/0185078中，其中Co的一部分可用Ni、Ir、Fe、Cr、Re或Ru替代，而Al和W的一部分可用Ni、Ti、Nb、Zr、V、Ta或Hf替代。在典型氧化條件下，用Co3 (Al，W)強(qiáng)化的Co基合金通常形成富鈷氧化物比如CoO、Co3O4和CoWO4，其不是保護(hù)性的并導(dǎo)致抗氧化和腐蝕性不佳。盡管對(duì)于該合金已經(jīng)報(bào)導(dǎo)了良好的高溫強(qiáng)度和微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，高溫性質(zhì)的進(jìn)一步改進(jìn)是期望的，特別是改進(jìn)的高溫抗氧化和腐蝕性。發(fā)明簡(jiǎn)述
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，公開了鈷-鎳基合金。所述鈷-鎳基合金，按重量％計(jì)包含大于約4%的Al、約10-約20%的W、約10-約40% Ni、約5-20% Cr和余量的Co及附帶雜質(zhì)。所述合金具有基本上不含CoAl相的微觀結(jié)構(gòu)，所述CoAl相具有有序的體心立方B2晶體結(jié)構(gòu)并配置成在暴露于高溫氧化環(huán)境時(shí)在合金表面形成連續(xù)的附著鋁氧化物層。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，公開了制造具有高溫強(qiáng)度、抗氧化性和抗腐蝕性的物品的方法。所述方法包括形成鈷-鎳基合金，該合金包含，按重量％計(jì)大于約4%的Al、約10-約20%的W、約10-約40% Ni、約5-20% Cr和余量的Co及附帶雜質(zhì)；自鈷-鎳基合金形成物品；通過在高于Y’固溶線溫度和低于固相線溫度的固溶化溫度下固溶熱處理來固溶處理鈷-鎳基合金預(yù)定的固溶處理時(shí)間；和通過在老化溫度下提供至少一種老化熱處理來老化鈷-鎳基合金預(yù)定的老化時(shí)間，所述老化溫度小于Y ’固溶線溫度，以形成合金微觀結(jié)構(gòu)，其包含許多含有(Co，Ni) 3 (Al，W)的Y’沉淀并且基本上不含具有B2晶體結(jié)構(gòu)的CoAl相，其中合金配置成在暴露于高溫氧化環(huán)境時(shí)在合金表面形成連續(xù)的附著鋁氧化物層。這些和其它優(yōu)勢(shì)與特征將從以下描述連同附圖
變得更加顯而易見。附圖簡(jiǎn)述看作是本發(fā)明的主題在說明書完結(jié)時(shí)在權(quán)利要求書中特別指出并清楚地請(qǐng)求保護(hù)。本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)勢(shì)由以下詳細(xì)描述結(jié)合附圖顯而易見，其中
圖I為本文公開的某些高溫物品和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性實(shí)施方案的橫截面示意圖；和圖2為沿著截面2-2取得的圖I物品的示例性實(shí)施方案和本文公開的Co-Ni合金的示例性實(shí)施方案的橫截面示意 圖3為制造本文公開的合金的方法的示例性實(shí)施方案的流程 圖4為在1800 ，在氧化環(huán)境中的重量變化作為時(shí)間函數(shù)的標(biāo)繪 圖5為合金的示例性實(shí)施方案的反向散射掃描電子顯微鏡圖像，所述合金在暴露于高溫氧化環(huán)境后，在表面具有連續(xù)的附著鋁氧化物層；
圖6為合金的不例性實(shí)施方案的表面區(qū)域的反向散射掃描電子顯微鏡圖像以及相關(guān)的說明區(qū)域中氧和鋁分布的圖像，所述合金在暴露于高溫氧化環(huán)境后，在表面具有連續(xù)的 附著鋁氧化物層；
圖7為說明公開的示例性合金和幾種比較性相關(guān)技術(shù)合金的組成的表格；
圖8為圖7合金在1800 ，在氧化環(huán)境中暴露100小時(shí)后的重量增/減的標(biāo)繪圖；圖9A-9E為圖7合金截面的顯微照片；說明在1800 ，在氧化環(huán)境中暴露100小時(shí)后緊接其表面的合金的微觀結(jié)構(gòu)。附圖標(biāo)記
權(quán)利要求
1.一種鈷-鎳基合金(2)，所述合金包含，按重量％計(jì)大于約4%的Al、約10-約20%的W、約10-約40% Ni、約5-約20% Cr和余量的Co及附帶雜質(zhì)，所述合金具有基本上不含CoAl相的微觀結(jié)構(gòu),所述CoAl相具有B2晶體結(jié)構(gòu)并配置成在暴露于高溫氧化環(huán)境時(shí)在合金表面形成連續(xù)的附著鋁氧化物層。
2.權(quán)利要求I的鈷-鎳基合金(2)，其中Al為大于約4%-小于或等于約6%。
3.權(quán)利要求I的鈷-鎳基合金(2)，所述合金進(jìn)一步包含按合金的重量計(jì)最多約5%的Ti。
4.權(quán)利要求I的鈷-鎳基合金(2)，所述合金進(jìn)一步包含按合金的重量計(jì)約O.001-約2.0%的選自B、C、Y、Sc、鑭系元素、混合稀土及其組合的元素。
5.權(quán)利要求I的鈷-鎳基合金(2)，其中渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件包含設(shè)置于合金表面上的保護(hù)涂層。
6.制造(100)具有高溫強(qiáng)度、抗氧化性和抗腐蝕性的物品的方法，所述方法包含 形成鈷-鎳基合金(110)，所述合金按重量％計(jì)包含大于約4%的Al、約10-約20%的W、約10-約40% Ni、約5-20% Cr和余量的Co及附帶雜質(zhì)； 自所述鈷-鎳基合金形成(120)物品； 通過在固溶化溫度下固溶熱處理來固溶處理(130)所述鈷-鎳基合金預(yù)定的固溶處理時(shí)間，所述固溶化溫度高于Y’固溶線溫度和低于固相線溫度；和 通過在老化溫度下提供至少一種老化熱處理來老化(140)所述鈷-鎳基合金預(yù)定的老化時(shí)間，所述老化溫度小于Y’固溶線溫度，以形成合金微觀結(jié)構(gòu)，所述微觀結(jié)構(gòu)包含多個(gè)Y’沉淀，所述沉淀包含(Co，Ni) 3 (Al，W)并且基本上不含具有B2晶體結(jié)構(gòu)的CoAl相，其中所述合金配置成在暴露于高溫氧化環(huán)境時(shí)在合金表面形成連續(xù)的附著鋁氧化物層。
7.權(quán)利要求6的方法(100)，其中Al為大于約4%-小于或等于約6%。
8.權(quán)利要求6的方法(100)，其中所述物品包含燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的組件，所述方法進(jìn)一步包含在足以在合金表面形成連續(xù)的附著鋁氧化物層的氧化環(huán)境中，于操作溫度下操作所述組件。
9.權(quán)利要求6的方法(100)，其中所述物品包含燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的組件，所述方法進(jìn)一步包含在合金表面設(shè)置保護(hù)性涂層材料。
10.權(quán)利要求9的方法(100)，所述方法進(jìn)一步包含在足以在合金表面形成連續(xù)的附著鋁氧化物層的氧化環(huán)境中，于操作溫度下操作所述組件。
全文摘要
本發(fā)明公開了鈷-鎳基合金(2)。該合金包括，按重量%計(jì)大于約4%的Al、約10-約20%的W、約10-約40%Ni、約5-20%Cr和余量的Co及附帶雜質(zhì)。所述合金具有基本上不含CoAl相的微觀結(jié)構(gòu)，所述CoAl相具有B2晶體結(jié)構(gòu)并配置成在暴露于高溫氧化環(huán)境時(shí)在合金表面形成連續(xù)的附著鋁氧化物層(4)。制造合金物品的方法(100)包括選擇合金；自合金形成(120)物品；固溶處理(130)合金；和老化(140)合金以形成合金微觀結(jié)構(gòu)，所述微觀結(jié)構(gòu)基本上不含具有B2晶體結(jié)構(gòu)的CoAl相，其中所述合金配置成在暴露于高溫氧化環(huán)境時(shí)在合金表面形成連續(xù)的附著鋁氧化物層。
文檔編號(hào)C22C19/00GK102816953SQ201210187709
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者A.蘇祖基, A.J.埃利奧特, M.F.X.小吉格利奧蒂, K.B.莫里, J.C.謝菲爾, P.蘇布拉馬尼安 申請(qǐng)人:通用電氣公司