CN1056645A - 改进的高温钎焊合金及有关方法 - Google Patents

Abstract

一种钴基的高温钎焊合金，它具有如下组成(按 重量计)：镍约8.5％-12.5％，铬约24％-40％，钨约 0％-9％，碳约0.03％-0.6％，硼约0.01％-3.5％，Si 约0.1-11％，锰最高达约2％，铪约0.1％-3％，钽约 0.1％-8％，锆约0％-1％，钛0％-约1％，余量为 钴。该钎焊合金用于钴基叶轮机部件超耐热合金的 修复。

Description

本发明涉及合金制品的修复，更具体地说，涉及用活化扩散合拢焊合方法，对用坏的燃气轮机喷咀进行修复时使用的钎焊合金组合物。

有许多钴基合金，既可用于制造又可用于修复高温运转的燃气轮机部件（包括燃烧室、涡轮叶片、喷咀等）。

美国专利NOS  4，830，934;4，614，296;4，381，944;4，285，459;4，058，415;3，355，287;3，276，865;3，271，140;及4，396，577，中公开了用于生产和/或修复超耐热合金制品的钴基合金典型实例。

这些部件在高温操作条件下运转期间，会发生各种类型的损坏或损耗。例如，由于热循环、外部物体的撞击和/或腐蚀会导致裂纹。众所周知，这些部件的成本比较高，因此修复这些部件当然比更换这些部件更为合算。

本发明涉及一种长期暴露在腐蚀高温操作条件下环境造成损坏的燃气轮机部件修复时所用的改进钎焊合金组合物。这些钎焊合金组合物特别适用于活化扩散焊合方法的修复中，例如，通过钎焊一种钎焊合金和喷咀之基质金属的特殊形式混合物来修复喷咀。具体地说，修复的完成是通过含钎焊合金和母合金粉之混合物的熔敷物进行钎焊。真空钎焊循环引起钎焊合金熔融并与母材合金粉和母材基质表面熔合。然后，采用后钎焊扩散热处理循环以促进进一步内扩散。所得之修复区的机械性能接近母材合金的机械性能。

按照本发明之钎焊合金是具有高铬含量并含有作为熔点降低添加剂B和Si的钴基合金。后者是使钎焊合金熔融而不熔融母材合金构件所必需的。

本发明之钴基合金还特别含有能形成MC的主要元素Ta和Hf。

因此，本发明的一个最佳实施方案，提供了以下组成（重量%）的钎焊合金：

镍  约8.5%-约12.5%

铬  约24%-约40%

钨  约0%-约9%

碳  约0.03%-约0.6%

硼  约0.01%-约3.5%

硅  约0.1%-约11%

锰  最高达约2%

铪  约0.1%-约3%

钽  约0.1%-约8%

锆  约0%-约1%

钛  约0%-约1%

钴  余量

本发明之合金耐高温（1200-1900°F），而且在上述温度范围内具有优良的机械特性以及抗氧化性能和抗腐蚀性能。

由以下详细叙述可明显地看出本发明的其它目的和优点。

本发明之钎焊合金特别适用具有以下重量百分组成的已知钴基超耐热合金叶轮机喷咀：

Ni  10%

Cr  29%

W  7%

C  0.35%

B  0.015%

Si  0.1%

Mn  0.1%

Hf  1%

Ta  0.5%

Zr  0.5%

Ti  0.2%

Co  余量

本发明之合金还被配制成能适用于另一种新式的含以下重量百分成分的钴基超耐热基底材料：

Ni  10%

Cr  29%

W  7%

C  0.25%

Si  0.9%

Mn  0.6%

Co  余量

上述两种情况的主要目的都是保持上述“母材”合金的机械和耐环境特性，同时还降低作为良好钎焊特征的钎焊合金（而不是母材合金）的熔融温度。

本发明包括具有以下组成（重量）范围的Co基合金：

镍  约8.5%-约12.5%

铬  约24%-约40%

钨  约0%-9%

碳  约0.03%-约0.6%

硼  约0.01%-约3.5%

硅  约0.1%-约11%

锰  最高达约2%

铪  约0.1%-约3%

钽  约0.1%-约8%

锆  约0%-约1%

钛  0%-约1%

钴  余量

按照本发明的第一种典型合金具有以下组成：

镍  10%

铬  29%

钨  7%

碳  0.1%

硼  2.5%

硅  2.5%

锰  0.6%

铪  2%

钽  2%

锆  0%

钛  0%

钴  余量

按照本发明的第二种典型合金具有以下组成：

镍  10%

铬  29%

钨  3.5%

碳  0.1%

硼  1%

硅  7%

锰  0.6%

铪  0.1%

钽  4%

锆  0%

钛  0%

钴  余量

如上所述，本发明之合金配方中含有作为熔点降低添加剂的硼和硅。这是为保证在钎焊时使钎焊合金混合物熔融但母材合金不熔融所必需的。硼在这方面是有利的，但却不利于好的抗氧化性。因此，本发明合金还含有主要形成MC的元素钽和铪以增加抗氧化性能。由于这些难熔元素（也包括Zr和Ti）也是公知的最热稳定的硼化物生成物、因此MB₂或MB型难熔硼化物应作为离散颗粒在钎焊区中形成。不过它可能会抑制硼迁移离开钎焊区，但却能使会削弱强度和延展性的原状（script）或低共熔状硼化物结构的出现率减为最少。

本发明提供了一种钴基高温钎焊合金，上面列举其组成范围和其中两种有代表性合金的具体组成。本发明还提供了用上述钴基高温钎焊合金修复钴基超耐热合金基材的方法，它包括制备具有上述组成的粉状钎焊合金和钴基超耐热合金粉未的混合物;用它进行修复时，将本发明之钎焊合金和母材金属粉末的混合物在用坏待修的叶轮机喷咀（或其它部件）位置上进行真空钎焊的修复。真空钎焊使钎焊合金与母材合金粉以及母材基体表面熔融。然后用普通的后钎焊扩散热处理循环进一步促进内扩散并使硼迁移离千钎焊区。因此，硼对表面抗腐蚀性的影响减为最小。

使用本发明合金，可使修复区的机械特性与母材合金的相近。

因此，本发明钎焊合金提供了在约1200°-1900°F的温度范围内具有优良的抗氧化性和抗腐蚀性以及优良的机械性能，从而使叶轮机喷咀（或其它部件）的修复区具有类似于母材合金的机械特性。

对本发明目前被认为是最实际和最佳实施方案进行了描述，应理解本发明并非仅限于已公开的实施方案，相反，它还适合于包括在权利要求精神和范畴内的各种修改方案和等同方案。

Claims (9)

1、一种钴基的高温钎焊合金，它含有(按重量计)：

镍  约      8.5%-12.5%

铬  约      24%-40%

钨  约      0%-9%

碳  约      0.03%-0.6%

硼  约      0.01%-3.5%

硅  约      0.1%-11%

锰  最高达  2%

铪  约      0.1%-3%

钽  约      0.1%-8%

锆  约      0%-1%

钛          0%-约1%

钴          余量。

2、根据权利要求1的合金，它主要由以下元素组成（按重量计）：

镍  10%

铬  29%

钨  7%

碳  0.1%

硼  2.5%

硅  2.5%

锰  0.6%

铪  2%

钽  2%

钴  余量。

3、根据权利要求1的合金，它主要由以下元素组成（按重量计）：

镍  10%

铬  29%

钨  3.5%

碳  0.1%

硼  1%

硅  7%

锰  0.6%

铪  0.1%

钽  4%

钴  余量。

4、一种修复钴基超耐热合金基材的方法，该方法包括以下步骤：

（a）制备粉末状钎焊合金组合物和所述钴基超耐热合金粉末的混合物;所述钎焊合金组合物主要由以下元素组成（按重量计）

镍  约8.5%-12.5%

铬  约24%-40%

钨  约0%-9%

碳  约0.03%-0.6%

硼  约0.01%-3.5%

硅  约0.1%-11%

锰  最高量达约2%

铪  约0.1%-3%

钽  约0.1%-8%

锆  约0%-1%

钛  0%-约1%

钴  余量

（b）在所述钴基耐热合金基材的待修复部位上真空沉积所述混合物，从而导致所述钎焊合金粉熔融并与所述钴基超耐热合金粉和所述钴基超耐热合金基材熔合。

5、根据权利要求4的方法，它还包括以下步骤：

（c）热处理修复区以促进内扩散和迁移硼离开所述区。

6、根据权利要求4的方法，其中所述钎焊合金主要由以下元素组成（按重量计）：

Ni  10%

Cr  29%

W  7%

C  0.1%

B  2.5%

Si  2.5%

Mn  0.6%

Hf  2%

Ta  2%

Co  余量。

7、根据权利要求4的方法，其中所述钎焊合金主要由以下元素组成（按重量计）：

Ni  10%

Cr  29%

W  3.5%

C  0.1%

B  1%

Si  7%

Mn  0.6%

Hf  0.1%

Ta  4%

Co  余量。

8、根据权利要求4的方法，其中所述钴基超耐热合金基材具有主要由以下元素构成的组成（按重量计）：

Ni  10%

Cr  29%

W  7%

C  0.35%

B  0.015%

Si  0.1%

Mn  0.1%

Hf  1%

Ta  0.5%

Zr  0.5%

Ti  0.2%

Co  余量。

9、根据权利要求4的方法，其中所述基材具有主要由以下元素构成的组成（按重量计）：

Ni  10%

Cr  29%

W  7%

C  0.25%

Si  0.9%

Mn  0.6%

Co  余量。