一种高温合金用双相粘结层合金及其应用

文献发布时间：2024-04-18 19:58:26

技术领域

本发明属于材料表面改性和涂层技术领域，具体涉及一种高温合金用双相粘结层合金及其应用。

背景技术

高温合金是以铁、镍、钴元素为基体成分的一种合金材料，它在600℃及以上温度条件下具有优异的抗氧化、抗腐蚀、抗蠕变性能，并能在较高的机械应力作用下长期服役，广泛应用于工业燃气轮机、航空发动机、能源、化工等工业部门。尤其是在燃气轮机和航空发动机领域，高温合金在燃气轮机和航空发动机上应用量约占材料应用总量的三分之一，成为燃气轮机和航空发动机必不可少的关键材料。

需要指出的是，燃气轮机和航空发动机朝着高效率和大推重比方向快速发展，不可避免的需要提高燃气温度以提高效率和推重比。当前先进燃气轮机和航空发动机的燃气温度已经超过了2000K，较高的燃气温度对所用高温合金材料的抗高温氧化和耐热腐蚀能力提出了巨大挑战。为了应对这一挑战，必须提高高温合金的抗氧化和耐腐蚀性能。由于高温合金在设计之初高于强度材料的高温力学性能，导致材料在2000K及以上温度的抗高温氧化和热腐蚀能力急剧下降。通常采取的措施是在高温合金工件表面制备一层MCrAlY粘结层(M表示Ni、Co或Ni-Co)，通过涂层表面生成的致密氧化铝膜以提高高温合金工件的抗高温氧化和热腐蚀性能。

需要指出的是，当前MCrAlY粘结层在使用过程中存在两方面的问题。首先，粘结层中Al元素的供应不足导致涂层表面不能生成致密单一的Al

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高温合金用双相粘结层合金及其应用，能够有效解决由于高温抗氧化性能差和基体界面相容性问题而导致的合金涂层力学性能差的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种高温合金用双相粘结层合金，以质量百分比计组分如下：Al为12.4％-12.9％，Co为8.4％-8.9％，Cr为4.1％-4.6％，W为3.0％-3.5％，Ta为3.0％-3.5％，Ti为1.0％-1.2％，Mo为≤0.1％，Hf为≤0.1％，其余为Ni。

优选地，该双相粘结层合金在800℃下的相组成为γ’相和β相。

进一步优选地，β相以NiAl相为基础，γ’相以Ni

进一步优选地，γ’相为65.42％，β相为34.58％。

优选地，该高温合金用双相粘结层合金在熔炼时将熔炼原料按照设定比例放入反应设备中；然后对反应设备进行抽真空至10

进一步优选地，所述熔炼原料为纯金属Al、Co、W、Ta、Cr、Ti、Mo、Hf和Ni。

进一步优选地，所述反应设备为真空感应悬浮熔炼设备。

本发明还公开了上述的高温合金用双相粘结层合金作为热障涂层的应用。

本发明还公开了上述的高温合金用双相粘结层合金在制备燃气轮机热端部件中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的高温合金用双相粘结层合金，采用相组成相近的设计理念，以镍基高温合金为基础，在提高合金中Al元素含量的前提下，通过确定γ’相及β相的比例，结合两相各自的元素组成，最终确定粘结层的成分。其中，β相以NiAl相为基础，含有较多的Al元素，可以提供足够的Al元素用于生成粘结层表面的Al

1)所设计的双相粘结层合金成分，以镍基高温合金为基础，最大程度保证粘结层合金与基体元素组成相似；

2)所设计的双相粘结层合金具有γ’相及β相的双相结构，其中β相可以提供足够的Al元素用于生成粘结层表面的Al

3)所设计的双相粘结层合金由两相组成，不含有脆性相或有害相。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的合金在800℃氧化100h氧化动力学曲线；

图2为本发明实施例2制得的合金在800℃氧化100h氧化动力学曲线；

图3为本发明实施例3制得的合金在800℃氧化100h氧化动力学曲线；

图4为本发明实施例4制得的合金在800℃氧化100h氧化动力学曲线；

图5为本发明实施例5制得的合金在800℃氧化100h氧化动力学曲线。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明公开的一种高温合金用双相粘结层合金，其特征在于，化学成分及质量百分比如下：Al为12.9-12.4wt％，Co为8.9-8.4wt％，Cr为4.6-4.1wt％，W为3.5-3.0wt％，Ta为3.5-3.0wt％，Ti为1.2-1.0wt％，Mo为≤0.1wt％，Hf为≤0.1wt％，其余为Ni。800℃温度下的相组成及质量百分比含量如下：γ’相为65.42wt％，β相为34.58wt％。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

本实施例的高温合金用双相粘结层合金化学成分及重量百分比如下：Al为12.9wt％，Co为8.9wt％，Cr为4.6wt％，W为3.5wt％，Ta为3.5wt％，Ti为1.2wt％，Mo为0.1wt％，Hf为0.1wt％，其余为Ni。

本实施例的高温合金用双相粘结层合金制备方法如下：合金使用真空感应悬浮熔炼法进行制备，首先将纯金属Al、Co、W、Ta、Cr、Ti、Mo、Hf和Ni按照设定比例放入真空感应悬浮熔炼的水冷铜坩埚中；然后使用真空泵对所述熔炼炉进行抽真空至10