[发明专利]合金，防止构件高温腐蚀和/或氧化的保护层及构件

说明书

本发明涉及一种按权利要求1所述的合金、一种按权利要求14所述防止构件高温腐蚀和/或氧化的保护层以及一种按权利要求15所述的构件。

本发明尤其涉及一种用于由镍基或钴基超级高温合金组成的构件的保护层。

由先有技术已知许多应提高其耐腐蚀性和/或抗氧化性的金属构件的保护层。这些保护层中大多数已知统称为MCrAlX，其中M代表包括铁、钴和镍的元素组中至少一种元素，以及其他重要的组成部分是铬、铝和X＝钇，其中，后者也可以全部或部分由包括钪和/或稀土元素的元素组中一种与其等效的元素代替。

由美国专利4005989和4034142已知这种类型的典型镀层。

US6280857B1公开了一种保护层，它公开了镍基的元素钴、铬和铝，有选择地添加铼以及强制搀合钇和硅。

EP1439245A1公开了一种钴基的含铼层。

不仅在地面燃气轮机中而且在航空发动机中提高进口温度的努力，在燃气轮机专业领域具有重要意义，因为进口温度是通过燃气轮机能达到的热动力效率重要的决定性参数。通过使用专门研制的合金作为要承受高热负荷的构件如导向叶片和工作叶片的母材金属，尤其通过使用单晶超级高温合金，可以使进口温度明显超过1000℃。在此期间，先有技术允许的进口温度在地面燃气轮机中为950℃和以上以及在航空发动机中为1100℃和以上。

由WO91/01433A1得知具有单晶基层的涡轮叶片结构的例子，涡轮叶片本身可以是复杂结构。

在此期间发展的高负荷构件用的母材金属的物理承载能力针对进口温度可能的进一步提高基本上没有问题，而为了获得足够的抗氧化和腐蚀的能力则必须归诸于保护层。除了在可预期的温度为数量级1000℃的烟气作用下保护层应有足够的化学稳定性外，尤其鉴于保护层与母材金属之间力学的相互作用，保护层还必须有足够良好的力学性能。保护层尤其必须有足够的延性，以便能依随母材金属可能的变形并不会断裂，因为要不然会形成氧化和腐蚀的侵入点。在这里暴露出来的典型问题是，提高能改善保护层抗氧化和腐蚀的能力的元素如铝和铬的份额，会导致恶化保护层的延性，从而应估计到当遇到在燃气轮机中通常出现的机械负荷时将产生机械故障，尤其形成裂纹。

因此本发明的目的是提供一种合金和一种保护层，它有良好的高温耐腐蚀和抗氧化性，有良好的长期稳定性并除此之外特别好地适应尤其在燃气轮机中在高温下可预期的机械负荷。

此目的通过按权利要求1所述的合金和按权利要求14所述的保护层达到。

本发明另一个目的在于提出一种能更好地防腐蚀和氧化的构件。

此目的通过按权利要求15所述的构件，尤其是燃气轮机或汽轮机的构件达到，它有上述类型用于防止高温腐蚀和氧化的保护层。

在从属权利要术中列举其他有利的措施。在从属权利要术中列举的措施可按有利的方式互相任意组合。

本发明尤其基于下列认识：保护层在层内和在保护层与母材金属之间的过渡区内显示脆性离析。这种随着使用时间和使用温度强化的脆化相，导致在工作中层内及层-母材金属界面内非常明显的纵向裂纹，接着导致层的脱离。通过与可能从母材金属扩散到层内或在炉中热处理时经表面扩散到层内的碳的相互作用，进一步增大离析物的脆性。由于脆性离析物的氧化更增强导致裂纹形成的动力。在这里镍的影响也是重要的，它决定热和力学性能。

下面详细说明本发明。其中：

图1表示带有保护层的分层系统；

图2表示超级高温合金的成分；

图3表示燃气轮机；

图5表示涡轮叶片透视图；以及

图4表示燃烧室透视图。

按本发明，用于防止构件高温腐蚀和氧化的保护层7(图1)包括下列元素(份额的数据按重量％)：

27％至31％镍；

23％至29％铬；

7％至11％铝；

0.5％至0.7％钇和/或包括钪和稀土元素的元素组中至少一种金属；任选0.6％至0.8％硅和/或任选0.5％至0.7％锆；其余钴(CoNiCrAlY)。

优选地或只添加硅或只添加锆。一些特殊的实施例是：

1)Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y

2)Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si

3)Co-28Ni-24Cr-10Al-0.6Y-0.6Zr。