[发明专利]合金、保护层和构件

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1所述的合金、一种根据权利要求13所述的用于尤其在高温下保护构件免受腐蚀和/或氧化的保护层和一种根据权利要求15所述的构件。

背景技术

用于金属构件的能够提高其抗腐蚀性和/或抗氧化性的保护层在现有技术中是广泛已知的。大部分所述保护层以总称MCrAlY已知，其中M代表选自包括铁、钴和镍的组中的至少一种元素，并且其它主要组分是铬、铝和钇。

所述类型的典型的覆层从美国专利4,005,989和4,034,142中已知。

在固定式燃气轮机以及飞行器推进器中提高进气温度的努力在燃气轮机的专业领域中具有重大意义，因为进气温度对可借助燃气轮机实现的热力学效率而言是重要的决定性参数。通过将专门研发的合金用作用于过高热负荷的构件如导向叶片和转子叶片的基本材料，尤其是通过使用单晶超合金，进气温度可以明显高于1000℃。目前，现有技术在固定式燃气轮机中允许950℃和更高的进气温度以及在飞行器推进器的燃气轮机中允许1100℃和更高的进气温度。

从WO 91/01433A1中得出用于构造具有单晶基底的、本身能够复杂地构造的涡轮叶片的例子。

虽然用于高热负荷构件的目前研发的基本材料的物理负荷能力在可能的进一步提高进气温度方面没有大的问题，但是必须借助于保护层以实现足够的抗氧化性和抗腐蚀性。除保护层能够预期的由烟气在1000℃数量级的温度下引起侵蚀的情况下存在足够的化学稳定性之外，保护层也必须具有足够良好的机械特性，尤其是在保护层和基本材料之间的机械相互作用的方面。尤其地，保护层必须是足够可延展的，以便能够适应基本材料的可能的变形并且不断裂，因为以该方式能为氧化和腐蚀提供侵蚀点。在此，典型地出现下述问题，提高例如为铝和铬的能够改进保护层的抗氧化性和抗腐蚀性的元素的份额引起保护层的可延展性的变差，使得在燃气轮机中通常出现的机械负荷的情况下考虑到机械失效、尤其是形成裂缝。

发明内容

与此相应地，本发明基于下述目的，提出一种合金和一种保护层，所述合金和保护层在腐蚀和氧化时具有良好的耐高温性、具有良好的持久稳定性并且所述合金和保护层此外尤其好地适合于尤其能够预期在高温下在燃气轮机中出现的机械应力。

所述目的通过根据权利要求1所述的合金和根据权利要求14所述的保护层来实现。

本发明的另一个目的在于阐明一种构件，所述构件具有相对于腐蚀和氧化的提高的保护。

所述目的同样通过根据权利要求16所述的构件、尤其是燃气轮机的或蒸汽轮机的构件来实现，所述构件为了在高温下保护免受腐蚀和氧化而具有上述类型的保护层。

在从属权利要求中列举了其它有利的措施，所述措施能够以有利的方式和方法任意地彼此组合。

附图说明

在下文中详细阐述本发明。

附图和说明书仅代表本发明的实施例。

附图示出：

图1示出具有保护层的层系统，

图2示出超合金的组分，

图3示出燃气轮机，

图4示出涡轮叶片，以及

图5示出燃烧室。

具体实施方式

根据本发明，用于保护构件在高温下免受腐蚀和氧化的保护层7（图1）基本上由下述元素组成（以重量百分比来表示份额）：

镍

Co：22%-26%

Cr：15%-16%

Al：10.5%-12%

0.2%-0.6%的稀土元素（钇，……）和/或钪（Sc）：

可选地

Ta：0.5%-1.5%。

合金元素Ni、Co、Cr、Al、Y、Ta的列举优选不是封闭式的。

镍优选地形成基质。

优选地，Ni、Co、Cr、Al、Y、Ta的列举是封闭式的。

合金元素Co、Cr、Al、Y的含量具有下述优点：

中高的Co含量：

拓宽β/γ区域，避免脆性相、例如α相，所述脆性相以已知的方式减小并且通常视为对可延展性是有利的。

中等的Cr含量：

高至足以提高形成Al₂O₃的Al的活性；

低至足以避免脆性相（α-铬或ε相）。

中高的Al含量：

对于Al活性而言，高至足以构成稳定的Al₂O₃层；

低至足以避免脆化效应。

低的Y含量：