CN1137276C - 高性能镍基高温合金 - Google Patents

Abstract

本发明属于镍基合金领域。主要适用于高温腐蚀环境中。本发明的化学成分(重量%)为Cr20-35%，Cu0.5-1.5%，C≤0.1%，Fe0.05-2.0%，Y₂O₃0.2-1.0%，余为Ni。本发明的主要技术特征是合金中加入含量较高的高熔点氧化物Y₂O₃，该氧化物Y₂O₃能够极度的细化晶粒，且弥散、均匀地分布在基体上，显著地提高合金基体与氧化膜粘附性，提高合金的抗氧化性能和耐熔融玻璃腐蚀性能。

Description

高性能镍基高温合金

所属领域

本发明属于镍基合金领域。主要适用于高温氧化和高温腐蚀环境中。

背景技术

当前，玻璃已在各行各业中极广泛地应用，如玻璃仪器、电光源、医药、化工、电子等。由于玻璃的制造由熔化到成型，需经历1500℃-900℃的高温过程，因而在玻璃生产中不可缺少地需要一些高温部件，尤其在成型过程中需用大量由金属材料制成的高温部件。这些部件的使用温度为900-1300℃不等，对材料的性能要求：抗氧化性能好，耐熔融玻璃腐蚀和冲刷，抗热震性能好，冷热加工性能好，不污染玻璃等。

在现有技术中，EP0303957A1和US4063934专利分别提供了一种耐高温抗氧化合金，但合的使用温度≤1100℃。满足不了玻璃工业生产的要求。ZL 94102564.0提供一种新的抗高温氧化和耐熔融玻璃腐蚀的镍基合金，其使用高达1200℃，已在玻璃工业中广为应用。但在高于1200℃的温度下，由于该合金的再结晶温度低，晶粒长大倾向较大，故时常导致合金沿晶界断裂，使用温度只能限于≤1200℃。究其原因，除了再结晶温度低外，另一个原因该合金加入了RE(稀土)0.1-0.3％，主要是稀土偏析大大降低了热塑性，K_α特征X射线照片明显看出，稀土元素偏析在合金的晶界上，成为晶向断裂的根源。

而目前在医药、太阳能、电光源、化工等行业使用高硼硅玻璃，这些制品在生产时，其成型部件(如护管、料碗、通气管)的使用温度高达1200-1280℃，为此，目前这些部件主要采用高铝耐火材料和刚玉制备，使用寿命仅13天，即13天更换，而更换一次这些部件，需停产10小时，对产量、成本都受到影响。还有许多其它高温部件使用于1200-1300℃，如挡火板、通气管、流槽等也存在类似后跟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能在1200℃以上的高温下，仍具有良好的抗高温氧化和抗高温腐蚀的高性能镍基高温合金。

针对上述目的，本发明的主要技术方案是在ZL94102564.0所述的镍基合金的基础上，以稀土氧化物Y₂O₃替代稀土元素Ce，而且显著提高其含量，同时使Y₂O₃作为弥散强化质点均匀分布于基体上，以期达到极度细化晶粒的目的，其机理是氧化物质点Y₂O₃阻碍了晶界迁移和位错运动。

本发明高性能镍基高温合金的具体的化学成分(重量％)为Cr 20-35％，Cu 0.5-1.5％，C≤0.1％，Fe 0.05-2.0％，Y₂O₃ 0.2-1.0％，余为Ni。

由该合金成分看出，本发明主要特征就是加入含量较高的稀土氧化物Y₂O₃。Y₂O₃稀土氧化物的主要作用就是高度细化晶粒。由于Y₂O₃为高熔点氧化物，细小的高熔点氧化物高度弥散地、且均匀地分布在基体中，使得在1200-1280℃高温状态下，晶界和位错等运动受阻，最终使晶粒细化。同时，有关研究表明，当高温合金中的稀土含量大于0.3％时，能大大改善合金在高温长期使用中氧化膜与合金基体的粘附性能，并细化氧化膜的晶粒，缩小合金基体与氧化膜之间内应力(因氧化膜的线膨胀系数比合金基体小得多)，由于Y₂O₃的晶粒大小达到纳米级，可以填充在合金基体与氧化膜界面上由于Cr⁺⁺⁺离子向外扩散而产生的空洞，使合金基体与氧化膜的界面继续保持稳定状态，即继续保持氧化膜的致密性和继续保持和改善合金基体与氧化膜的粘附性能，从而提高合金的抗氧化性能。

在本发明中，镍基本身就具有良好的高温性能，加入适量Cu，有利于提高耐熔融玻璃腐蚀性能。

综上所述，本发明不仅具有一定高温强度，还具有优异的高温抗氧化性能，可用于1200-1280℃的高温条件。

本发明可采用合金的多种生产方法生产，如熔炼铸造锻造方法、粉末冶金方法。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、与现有在玻璃工业应用的金属材料相比，本发明使用温度高，可达1200-1280℃，能完全满足玻璃工业对高温部件的要求，包括高硼硅玻璃生产中，工作于1200-1280℃高温条件下的成型部件。这是其它合金所不能及的。

2、与玻璃工业现采用的高铝耐火材料相比，本发明具有使用寿命长的优势。当两者作为高温部件在拟模高硼硅玻璃生产条件下进行对比试验时，高铝耐火材料部件的使用寿命仅为13天，本发明合金部件的使用寿命高于130天。为前者的10倍。且更换一次高铝耐火材料部件，需停产10小时，每年至少更换28次，采用本发明合金，每年只需更换3次。现国内有这类玻璃材料生产线100多条，年产高硼硅玻璃达14万吨，每次更换停产10小时，损失产量1.5吨，全年减少42吨产量，共减少30万元产值，包括其它玻璃生产(如瓶缸厂)每年带来的经济效益达1.5亿。另外，本发明合金还可以应用于其它耐蚀、耐高温环境中，带来的经济效益更可观。

实施例

根据本发明所述的化学成分范围，采用粉末冶金方法，制备了三批高性能镍基高温合金，其具体化学成分如表1所示。之后，从三批合金中抽取试样，同时在1300℃温度下，进行了2个小时空冷热处理。热处理后取样，在透射电镜下，测量试样的晶粒尺寸，透射电镜的放大倍数为17000倍，以使观察测量晶粒尺寸，测量结果如表2所示。

为了对比，以ZL94102564.0镍基合金为对比例，该合金采用真空冶炼、锻造方法制备，并在同样温度下进行热处理(1300℃×2hr空冷)，对比例合金的化学成分和合金的晶粒尺寸测量结果分别列入表1和表2。由表2看出，对比例合金的晶粒尺寸比本发明合金粗大达1000倍以上。

表1实施例和对比例合金的化学成分(重量％)

表2实施例及对比例合金的晶粒尺寸测量结果

Claims (1)

1、一种高性能镍基高温合金，其特征在于它的化学成分(重量％)为Cr 20-35％，Cu 0.5-1.5％，C≤0.1％，Fe 0.05-2.0％，Y₂O₃ 0.2-1.0％，余为Ni。