[发明专利]添加铼的镍基二元多相金属间化合物合金及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种添加了Re的Ni基二元多相金属间化合物合金及其生产方法。

背景技术

近年来，环境破坏已亟待解决，能源节约和CO₂减少的技术已经引起关注。因此，内燃机的燃烧效率的进一步改善受到期待，具有改进的高温性能的材料的开发已受到需求。

对于这样的需求，（1）Ni基超合金和（2）Ni基二元多相金属间化合物合金已被开发成为具有改善的高温性能的材料。

如（1）所述的Ni基超合金具有母相γ相（Ni固溶体相），以及分散和沉淀在母相中的γ’相。γ’相是具有Ni₃Al（Ll₂相）的基本组成的金属间化合物，并占据构成相的大约60-70体积%。

该合金已开发成为普通铸造合金、定向凝固合金以及单晶合金。单晶合金已开发成第一代合金、含有大约3重量%的Re的第二代合金、含有5-6重量%的Re的第三代合金、含有2-3重量%的诸如Ru的贵金属的第四代合金，以及含有5-6重量%的贵金属的第五代合金。

作为用于定向凝固材料的Ni基超合金，例如含有C、B、Hf、Co、Ta、Cr、W、Al和Re，以及由余量的Ni和不可避免的杂质构成的Ni基定向凝固超合金是已知的（例如见专利文献1）。

该合金可以含有Ti、Nb、V和Zr作为任选的成分，并通过调节构成作为母相的γ相和作为沉淀相的γ’相的元素的添加量，以及通过调节用于增强晶界的元素的添加量，来改进凝固方向的强度和晶界的强度。

同时，在实际使用中，作为在高温下具有高温强度和耐氧化性两方面中采取平衡方式的Ni基单晶超合金，以Al、Ta、W、Re、Cr和Ru作为主要添加元素的Ni基单晶超合金是已知的（例如见专利文献2）。

对于该合金，可通过将这些元素的组成比例确定在最合适的范围，并因此将母相（γ相）的晶格常数和沉淀相（γ’相）的晶格常数控制在适当的值来实现改进高温强度（蠕变强度）。

这些Ni基超合金，由于其主要应用于喷射发动机等的涡轮叶片中，因此从高温强度和铸造的角度进行开发，优选的元素被加入到所述组合物中。由于Ni基超合金由如上所述的作为母相的γ相和作为沉淀相的γ’相构成，因此可以解释为由于Re被固溶在γ相（固溶体相）中而使得蠕变强度得到改进（例如见专利文献1和2）。也可以解释为Ta和W等一同被固溶于γ相中，并且它们的一部分被固溶于γ’相中，因此蠕变强度被改进（例如见专利文献2）。进一步解释为V可减小高温强度，因此其含量优选为1重量%以下（例如见专利文献1和2）。

然而，作为金属相的γ相占Ni基超合金的构成相的大约30-40体积%以上，因此缺点就是超合金的熔点和高温蠕变强度低。此外，当从高温强度的角度的发展得到推进时，从硬度的角度的发展却得不到推进。

同时，如上（2）所述的Ni基二元多相金属间化合物合金被期望开发成为能够解决这样的问题的合金。该Ni基二元多相金属间化合物合金是通过将属于最密充填（几何学紧密堆积）的晶体结构的Ni₃X型金属间化合物整合组合起来而获得的多相合金。例如，Ni基二元多相金属间化合物合金由上述γ’相的Ni₃Al金属间化合物相和Ni₃V的金属间化合物相构成。

图17是用于说明该Ni基二元多相金属间化合物合金的组织的图示。图17（1）是用于说明Ni基二元多相金属间化合物合金（Ni₇₅Al₈V_14.5Nb_2.5）的组织的示例性SEM照片，而（2）显示了构成Ni基二元多相金属间化合物合金的组织的晶体结构（Ni₃Al、Ni₃V）的模式图。

如图17所示，Ni基二元多相金属间化合物合金由以整合性形成的显微组织和在组织的空隙中形成的纳米结构来构成（见图17（1））。前面的组织由初始析出Ll₂相（图17（2）中显示的Ni₃Al）构成，而纳米结构由Ll₂相和D0₂₂相（图17（2）中显示的Ni₃Al和Ni₃V）组成的共析显微组织而构成。