CN112695229B - 一种耐高温氟化盐腐蚀的钴基合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种耐高温氟化盐腐蚀的钴基合金及其制备方法，所述钴基合金包括以下重量百分比组分：27.3～27.4％的钼，2.9％‑5.4％的铬，3.1％的硅，余量的钴和不可避免的杂质。本发明通过适当降低Co‑28.5Mo‑8.5Cr‑2.6Si合金中的铬含量，提供了一种具有提高的耐高温氟化盐腐蚀性能，且保持了组织的均匀性以及硬度的钴基合金，有利于延长使用该钴基合金制造的零件在熔盐反应堆中的使用寿命和提高堆运行的安全性。

Description

一种耐高温氟化盐腐蚀的钴基合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金领域，更具体地涉及一种耐高温氟化盐腐蚀的钴基合金及其制备方法。
背景技术
高温氟化盐由于其具有良好的传热性质，并且在较高温度下具有热和中子稳定性以及化学惰性，因此成为各种先进技术应用的理想选择，如先进核反应堆中的燃料和冷却剂，化学生产工厂的储热，电解质等。然而高温氟化盐具有强烈的腐蚀性，因此结构部件抗高温氟化盐腐蚀性能成为研究人员高度关注的关键科学问题。轴承作为熔盐环境中一种重要的零部件，其在服役过程中，套圈、滚动体以及维持支架之间既有滚动摩擦也有滑动摩擦，因此轴承零件一直处于磨损过程中。为了延长轴承的使用寿命，保证轴承的使用精度，轴承材料本身应具有很好的耐磨性。但是，在熔盐反应堆中，轴承材料所使用的合金在熔融氟化盐中往往不能够形成稳定的钝化膜而发生一定程度的腐蚀，导致这些零件更易发生磨损和粘结，因此轴承用合金材料还要具有优异的抗高温氟化盐腐蚀。
大量研究表明钴基合金具有良好的高温摩擦学性能，作为工业中被广泛使用的材料，其在很大温度范围内都具有十分优异的抵抗多种形式机械和化学破坏的能力，包括出色的耐磨性以及良好的抗氧化能力。工业中常用的钴基合金主要分为两种，分别是哈莱斯发明的Stellite系列合金与杜邦公司发明的Tribaloy系列(商标名)合金。其中，Stellite合金(司太利合金，商标名)化学成分主要为钴铬钨碳，是通过碳化物强化的，Tribaloy合金化学成分主要为钴钼铬硅，是通过Laves相强化的。这里我们仅以目前工业中较为常见的一种钴基合金Tribaloy T400作为一个特例，因为相比于Stellite系列合金，Tribaloy系列合金所含铬含量相对较低，经过改性更有可能在高温熔盐环境下作为轴承使用。该合金的典型化学成分为(wt.％)：Co-28.5Mo-8.5Cr-2.6Si。
然而Tribaloy T400钴基合金并不能满足其在高温熔融氟盐中的使用要求，需要对其成分组织进一步设计和优化。为了较好的抗氧化腐蚀性能，Tribaloy T400钴基合金材料组成成分中含有较高的铬含量，因为铬能够促使合金表面形成致密氧化膜，从而阻止合金的进一步氧化腐蚀。但是在高温熔盐中，铬元素非常不稳定，极易从合金材料中发生脱溶而进入到高温熔盐体系中，使材料近表层的结构变为疏松多孔组织，随着时间的延续，该结构逐渐向深层基体延伸，从而可能导致部件的严重磨损和粘连，以至于最终失效。所以通过降低合金中的铬含量来减弱其在高温熔盐中的腐蚀是可行的办法，但降低的程度需要严格控制，因为成分的改变必然引起其力学性能的波动。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐高温氟化盐腐蚀的钴基合金及其制备方法，从而解决现有技术中钴基合金不能满足其在高温熔融氟化盐中的使用要求的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
根据本发明的第一方面，提供一种耐高温氟化盐腐蚀的钴基合金，包括以下重量百分比组分：27.3～27.4％的钼，2.9％-5.4％的铬，3.1％的硅，余量的钴和不可避免的杂质。
根据本发明的一个优选方案，该钴基合金包括以下重量百分比组分：27.3％的钼，2.9％的铬，3.1％的硅，余量的钴和不可避免的杂质。
根据本发明的另一优选方案，该钴基合金包括以下重量百分比组分：27.4％的钼，5.4％的铬，3.1％的硅，余量的钴和不可避免的杂质。
所述杂质为质量百分比均不超过0.002％的硫和磷。
根据本发明的第二方面，提供一种耐高温氟化盐腐蚀的钴基合金的制备方法，所述钴基合金在真空熔炼炉中进行熔炼。
在熔炼过程中，所述真空熔炼炉内的真空度不低于10-4Pa。
本发明致力于开发性能能够超越Co-28.5Mo-8.5Cr-2.6Si高温合金的钴基合金，满足其抗高温氟化盐腐蚀的需求，使其有更大可能性被应用于熔盐反应堆中，因此所关注的特定性能包括硬度以及抗高温熔盐腐蚀性能。虽然通过降低合金中的铬含量来减弱其在高温熔盐中的腐蚀是可行的办法，但铬含量降低的程度需要严格控制，因为成分的改变必然引起其力学性能的波动。
然而根据本发明的研究结果发现，适当降低Co-28.5Mo-8.5Cr-2.6Si合金中铬的含量，即通过将铬含量控制在2.9％-5.4％，既可提高合金的耐熔盐腐蚀性能，同时也可保持合金组织的均匀性，并维持合金良好的硬度。本发明通过大量的实验摸索获得了这样一种较优组分的钴基合金。
综上所述，本发明提供了一种具有提高的耐高温氟化盐腐蚀性能，且保持了组织的均匀性以及硬度的钴基合金，有利于延长使用该钴基合金制造的零件在熔盐反应堆中的使用寿命和提高堆运行的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例与对比例的钴基合金中铬含量与维氏硬度间的关系曲线图；
图2为本发明实施例与对比例的钴基合金中不同铬含量所对应的SEM图像，其中，a为T0，b为T1，c为T2；
图3为本发明实施例与对比例的钴基合金经熔盐腐蚀后的横截面SEM图像，其中，a为T0，b为T1，c为T2。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
根据本发明，通过降低铬含量，分别提供了两种钴基合金T1、T2实施例，对比例T0为Tribaloy T400合金，即Co-28.5Mo-8.5Cr-2.6Si合金，这三种合金的化学组成如下表1所示。
本发明实施例与对比例的钴基合金通过在真空熔炼炉中以高温熔炼的方式制造而成，熔炼过程中的真空度控制在10-4Pa。
表1实施例和对比例材料化学成分
Figure BDA0002817631790000041
每一种钴基合金经加工后制成试样并分别进行性能测试。T0、T1、T2三种钴基合金的维氏硬度测试结果如图1所示；三种合金的表面形貌如图2所示；三种合金经700℃的熔盐腐蚀100小时后的横截面形貌如图3所示。
结合图1、图2、图3可知，T1、T2合金的微观组织仍然保持均匀，硬度值为570-660Hv(2kg负载)，非常接近同系列合金的硬度值。肯纳公司的技术资料显示，在室温下，TribaloyT400合金的硬度值为680Hv，Tribaloy T400C合金的硬度值为595Hv，T1、T2合金的硬度略小于T0。但T1、T2合金在700℃的熔盐中腐蚀后的深度分别为16.5μm和15μm，小于T0的腐蚀深度20μm，也就表明T1、T2合金的耐熔盐腐蚀性较T0更好。由于T1、T2的硬度与同系列合金硬度十分接近，且耐熔盐腐蚀性能与T0比相对较好，因此T1、T2合金基本能够满足各方面的性能要求。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (5)

1.一种耐高温氟化盐腐蚀的钴基合金，其特征在于，包括以下重量百分比组分：27.3~27.4％的钼，2.9％的铬，3.1％的硅，余量的钴和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐高温氟化盐腐蚀的钴基合金，其特征在于，包括以下重量百分比组分：27.3％的钼，2.9％的铬，3.1％的硅，余量的钴和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的耐高温氟化盐腐蚀的钴基合金，其特征在于，所述杂质为质量百分比均不超过0.002%的硫和磷。
4.一种根据权利要求1~3中任意一项所述的耐高温氟化盐腐蚀的钴基合金的制备方法，其特征在于，所述钴基合金在真空熔炼炉中进行熔炼。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在熔炼过程中，所述真空熔炼炉内的真空度不低于10-4Pa。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11931763B2 (en) 2019-11-08 2024-03-19 Abilene Christian University Identifying and quantifying components in a high-melting-point liquid

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63157706A (ja) * 1986-12-19 1988-06-30 Hitachi Metals Ltd 耐摩耗性複合ロ−ル
JPH0617176A (ja) * 1992-07-01 1994-01-25 Kubota Corp 耐食耐摩耗性Ｃｏ基合金
CN102423806A (zh) * 2011-12-15 2012-04-25 北京矿冶研究总院 一种细粒径钴基合金粉末的制备方法
CN103189532A (zh) * 2010-11-09 2013-07-03 福田金属箔粉工业株式会社 耐磨损性钴基合金以及用它进行填满的发动机阀门
CN109022928A (zh) * 2018-10-05 2018-12-18 广州宇智科技有限公司 一种太阳能热发电熔盐系统用耐腐蚀铸造钴合金及其工艺

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104962782B (zh) * 2015-07-14 2017-03-01 四川三鑫南蕾气门座制造有限公司 具有抗腐蚀耐磨功能的内燃机高合金气门座制造技术
CN108396200B (zh) * 2018-06-01 2019-11-26 中国科学院金属研究所 一种钴基高温合金及其制备方法和在重型燃气轮机中的应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63157706A (ja) * 1986-12-19 1988-06-30 Hitachi Metals Ltd 耐摩耗性複合ロ−ル
JPH0617176A (ja) * 1992-07-01 1994-01-25 Kubota Corp 耐食耐摩耗性Ｃｏ基合金
CN103189532A (zh) * 2010-11-09 2013-07-03 福田金属箔粉工业株式会社 耐磨损性钴基合金以及用它进行填满的发动机阀门
CN102423806A (zh) * 2011-12-15 2012-04-25 北京矿冶研究总院 一种细粒径钴基合金粉末的制备方法
CN109022928A (zh) * 2018-10-05 2018-12-18 广州宇智科技有限公司 一种太阳能热发电熔盐系统用耐腐蚀铸造钴合金及其工艺

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