CN1284666C - 具有良好耐高温氧化性的耐热合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

制造有高的耐高温氧化性和高的高温强度的合金的方法，其中由奥氏体的耐热镍基合金或钴基合金或不锈钢构成的良好变形性的基础材料在一面或两面上涂覆上一层铝或铝合金，这种由基础材料和铝涂层形成的复合材料有良好的粘附性，通过变形在有或没有中间退火的情况下形成最终尺寸。

Description

具有良好耐高温氧化性的 耐热合金的制备方法
本发明涉及一种具有良好耐高温氧化性和良好高温强度合金的制备方法。
在工业炉和设备制造中，在汽车尾气(废气)设备中以及作为电阻合金或热导体合金，由于其良好耐氧化性和高温强度而经常使用含铝的特殊钢和镍基合金。如果从经济角度考虑而选择较小的壁厚和/或高温和/或构件负载时，在典型的镍基合金中1-3％的铝含量，如以材料2.4633或2.4581(DIN材料号)所定义的，还不足以在长时间内形成保护性氧化铝层。由于铝缺乏而形成的氧化铬存在着在＞1000℃温度时蒸发的危险并污染退火件。
铁/铬/铝基金属材料，如根据DIN材料号1.4767所表示的，例如在金属废气催化剂中作为载体膜或作为电热导体。
通常，这种铁基合金含有大约20％Cr，5％Al和锆、钛和稀土金属(镧系元素)添加物，如DE-C3706415中所述，这些添加物可改善氧化物层的粘附强度并因此确保在直至1200℃的高温时有所需的氧化稳定性。
作为汽车尾气催化剂用载体，目前通常使用厚度为50-70μm的金属膜。由于对环保要求越来越高，膜厚也在不断进一步下降。与对膜厚降低一样，对升高的高温强度也提出了要求，然而用如EP-A0516097所述的合金还无法达到。
DE-C19524234描述了一种可塑镍基合金，含有25-30％Cr，8-11％Fe和2.0-3.0％Al。这种材料的特色是高的高温强度和在直至1200℃温度的耐久性。如考虑到发展现状应能用于汽车尾气催化剂用载体膜，＜50μm的膜在该合金中只能在加剧的条件下以高成本制得。
所述的含有约20％Cr，5％Al和锆、钛和稀土金属添加物的铁基合金显示出优异的耐高温氧化性，但由于纯铁粒的结构而经常不能提供许多高温场合所需的高温强度。镍基合金，如DIN材料号2.4581所描述的，由于其奥氏体结构而达到了良好的高温强度兼有好的热稳定性。在耐高温氧化性方面，与上述的纯铁粒材料相比，这种合金的性能较差，因为至今为止由于因高铝含量引起的变形问题而不可能将镍基捏合合金中的铝含量提高到大于4％。
但正是高温强度和良好耐高温氧化性的结合在汽车尾气催化剂，炉子和设备制造和用于控制工业参数的废气设备中是迫切需要的。
从GB-A 1,116,377获知一种复合材料，其中任选涂有7072合金的A1-2024合金通过轧制与和奥氏体的合金板片复合。在此，该奥氏体合金应有8-10％Ni和14-18％Cr。Al含量为0.75-1.5％，C含量最大为0.09％，Mn含量最大为1.6％，S含量最大为0.03％和Cr含量最大为1.0％。轧制之前，任选形成复合体的Al-2024合金在482℃加热10分钟。轧制后在493℃退火处理20分钟，然后在冷水中冷却。
从EP-A 0511 699 以及DE-A196 52 399中可知涂有铝的纯铁粒合金及其变形和热处理，但不能用于奥氏体合金。
最后，US-A4 535 034涉及一种下列组成的奥氏体合金：最大0.7％的C、最大3％的Si、最大2％的Mn、10-40％的Ni、9-30％的Cr、2-8％的Al、余量Fe和制备时带入的杂质。该含量设计成板片，涂有铝并然后进行热处理。没有给出，也不可能进行变形，因为在界层处形成了金属间相。这种复合材料优选用于大型的设备制造。
因此，本发明的目的是提供一种方法和一种合金，利用它们在没有高花费的情况下甚至可造出尺寸＜50μm的部件，它有良好的耐高温氧化性和直到1000℃的＞50MPa的高温强度。这种合金有各种各样的用途。
该目的可通过一种制造有良好耐高温氧化性和高的高温强度的合金的方法达到，其中由奥氏体的耐热镍基合金或奥氏体的钴基合金或奥氏体的不锈钢构成的良好变形性的基础材料在一面或两面上涂覆上一层铝或铝合金，这种由基础材料和铝涂层形成的复合材料有良好的粘附性，通过变形在有或没有中间退火的情况下形成最终尺寸，其中使用一种有如下分析组成的基础材料，以％重量％，
  Ni   Cr   C   Al   Fe
  20-80   10-35   0.01-0.4   ＜4   余量
加上常见的伴生元素，和其中所用基础材料含有至少一种下列最大量的添加物，以％重量计，
5％Co，10％Mo，4％W，4％Nb，5％Ta，4％Si，3％Ti，5％Cu。
另一方面，该目的可通过一种制造有良好耐高温氧化性和高的高温强度的合金的方法达到，其中由奥氏体的耐热镍基合金或奥氏体的钴基合金或奥氏体的不锈钢构成的良好变形性的基础材料在一面或两面上涂覆上一层铝或铝合金，这种由基础材料和铝涂层形成的复合材料有良好的粘附性，通过变形在有或没有中间退火的情况下形成最终尺寸，其中使用一种有如下分析组成的基础材料，以％重量％，
  Ni   Cr   C   Al   Fe
  20-80   10-35   0.01-0.4   ＜4   余量
加上常见的伴生元素，和其中所用基础材料含有至少一种下列最大量的添加物，以％重量计，
20％Co，28％Mo，11％W，5％Nb，12％Ta，4％Si，5％Ti，5％Cu.2.5％Zr。
因此，本发明主题涉及一种多层复合材料的制法，是通过由奥氏体的耐热镍基合金或钴基合金或不锈钢构成的良好变形性的基础材料在一面或两面上涂覆上一层铝或铝合金，这种由基础材料和铝涂层形成的复合材料有良好的粘附性，通过变形在有或没有中间退火的情况下形成最终尺寸，并在＞600℃的温度下进行扩散退火。扩散退火可根据对最终产品的要求而在中间/最终尺寸或稍后的加工步骤中进行。
意外的是，通过这种方法，可以简单的加工制备出有良好高温强度和良好耐高温氧化性的均匀材料。
该目的也可通过一种有良好的耐高温氧化性和高的高温强度的合金达到，包括以下组成的基础材料(％重量)：
Ni    20-80％
Cr    10-35％
C     0.01-0.4％
Al    ＜4％
Fe    余量
包括制备时带入的杂质，和含有至少一种下面的最大量的添加物(％重量)：
Co    5％
Mo    10％
W     4％
Nb    4％
Ta    5％
Si    4％
Ti    3％
Cu    5％
其中该基础材料的一面或两面涂覆上一层铝或铝合金。
或者该目的也可通过一种有良好的耐高温氧化性和高的高温强度的合金达到，包括以下组成的基础材料(％重量)：
Ni    20-80％
Cr    10-35％
C     0.01-0.4％
Al    ＜4％
Fe    余量
包括制备时带入的杂质，和含有至少一种下面的最大量的添加物(％重量)：
Co    20％
Mo    28％
W     11％
Nb    5％
Ta    12％
Si    4％
Ti    5％
Cu    5％
Zr    2.5％
其中该基础材料的一面或两面涂覆上一层铝或铝合金。
本发明主题的优选应用场合是：
——催化剂载体膜
——热导体或电阻材料
——工业炉或设备制造中的部件
——汽车用尾气设备
下面介绍几个实施例以证明本发明主题的良好材料性能。
实施例1
基础材料的组成
  Ni   Cr   C   Mn   Si   Al   Ti   Fe
  31.5   20.1   0.02   0.4   0.4   0.2   0.4   余量
基础材料浇铸成坯块，热加工成扁坯，接着加工成3.5mm厚的热带材。然后经冷轧进一步变形直到0.6mm的厚度，软退火并立即经轧制复合涂覆上4.7％重量的铝层。涂层的复合材料未经进一步热处理而轧压成50μm的薄膜。在600℃以上扩散退火后生成了在1000℃时高温强度为60MPa的均匀材料。时效处理后在1100℃检测耐高温氧化性。400小时后试样质量变化小于7.6％。
实施例2
基础材料的组成
  Ni   Cr   C   Mn   Si   Al   Ti   Fe
  30.5   20.1   0.04   0.4   0.5   0.3   0.4   余量
基础材料浇铸成坯块，热加工成扁坯，接着加工成3.5mm厚的热带材。然后经冷轧进一步变形直到0.6mm的厚度，软退火并立即经轧制复合涂覆上8.0％重量的铝层。涂层的复合材料未经进一步热处理而辊压成50μm的薄膜。

Claims (4)

1.制造有高的耐高温氧化性和高的高温强度的合金的方法，其中由奥氏体的耐热镍基合金或奥氏体的钴基合金或奥氏体的不锈钢构成的良好变形性的基础材料在一面或两面上通过轧制复合涂覆上一层铝或铝合金，这种由基础材料和铝涂层形成的复合材料有良好的粘附性，通过变形在有或没有中间退火的情况下形成最终尺寸，其中使用一种有如下分析组成的基础材料，以％重量计，
Ni       Cr       C            Al     Fe
20-80    10-35    0.01-0.4          ＜4       余量
加上常见的伴生元素，和其中所用基础材料含有至少一种下列最大量的添加物，以％重量计，
5％Co，10％Mo，4％W，4％Nb，5％Ta，4％Si，3％Ti，5％Cu。
2.根据权利要求1的方法，其特征为将多层复合材料于最终尺寸在＞600℃的温度进行扩散退火。
3.根据权利要求1的方法，其特征为将多层复合材料于中间尺寸在＞600℃的温度进行扩散退火。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征为所用基础材料含有一种或多种亲氧性元素铪、锆、硅、钛、钇、铝。
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