[发明专利]Ni基单晶超合金及以其为基材的合金构件

说明书

本申请是申请人于2009年6月26日提交的申请号为200980124221.7、发明名称为“Ni基单晶超合金及以其为基材的合金构件”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及以Al、Ta、W、Re、Cr、Ru以及Nb为主要添加元素的Ni基单晶超合金以及以其为基材的合金构件，尤其涉及提高其高温蠕变特性与耐高温腐蚀性等耐环境性的技术。

背景技术

在作为航空器、燃气轮机等高温下的动?静翼用的材料而开发出的Ni基单晶超合金的代表的组成中，例如举出有表1所述的组成。

【表1】

在上述Ni基单晶超合金中，在规定的温度下进行溶体化（日文：溶体化）处理后，进行时效处理从而得到Ni基单晶超合金。该合金被称为所谓析出固化型合金，其具有在作为母相的γ相中析出有作为析出相的γ’相的形态。

在表1中举出的合金中，CMSX-2（Cannon Muskegon社制，参照专利文献1）被称为第一代合金，CMSX-4（Cannon Muskegon社制，参照专利文献2）被称为第二代合金，Rene’N6（General Electric社制，参照专利文献3），CMSX-10Ｋ（Cannon Muskegon社制，参照专利文献4）被称为第三代合金，3B及MX-4（General Electric社制，参照专利文献5）被称为第四代合金。

上述作为第一代合金的CMSX-2、作为第二代合金的CMSX-4在低温下的蠕变强度不差，但在高温的溶体化处理后，大量地残存有共晶γ’相，与第三代合金相比，在高温下的蠕变强度差。

另外，上述作为第三代的Rene’N6、CMSX-10Ｋ是以比第二代合金提高高温下的蠕变强度为目的的合金。然而，由于Re的组成比（5质量%以上）超过向母相（γ相）的Re固溶量，因此存在如下问题：剩余的Re与其它元素化合而析出高温下所谓的TCP相（Topologically Close Packed 相），并因在高温下长时间使用，该TCP相的量增加而蠕变强度降低。

另外，为了提高Ni基单晶超合金的蠕变强度，有效的方法为使析出相（γ’相）的晶格常数比母相（γ相）的晶格常数略小，但因各相的晶格常数由于合金的构成元素的组成比而产生大的变动，因此晶格常数的微妙的调整困难，存在难以实现蠕变强度的提高的问题。本发明人们鉴于上述实际情况，提出一种Ni基单晶超合金，其显著地防止高温下的TCP相的析出，从而能够实现强度的提高（专利文献6、7）。

通常，在上述的高温高强度的Ni基单晶超合金作为航空器、燃气轮机等高温下的动·静翼用的材料使用的情况下，由于合金长时间暴露于含有氧的高温燃烧气体中，因此提高上述高温下的强度和高温下的耐氧化性及耐腐蚀性都是不能疏忽的重要的Ni基单晶超合金的性能因子。在上述的专利文献中未示出具体的关于耐氧化性的实施例，而只作为定性的记述，记载了Cr、Hf、Ta等对耐氧化性有效。但还记载了对高温下强度提高表现出显著效果的Ru在另一方面上使高温下的耐氧化性及耐腐蚀性降低（专利文献8）的情况。图1是将代表的各种既存合金的1100℃、137MP下的蠕变断裂寿命和1100℃下的耐氧化性图表化的图。Rene’N5及CMSX-4表现出非常优良的耐氧化特性，上述既存合金由于高的Cr含量而耐氧化性提高，但高温下的寿命不充分。另一方面，MX-4合金公知为高温耐热性非常优良的第四代合金，但缺乏高温下的耐氧化性。General Electric社提出含有用于改善MX-4的耐氧化性的扩散阻挡涂层（diffusion barrier coating）的涂覆系统（专利文献6）。如上述的例子所示，兼备高温下的寿命?强度和耐氧化性的Ni基单晶超合金的开发困难，今后也成为面向耐热合金的实用化的重要的技术问题。

专利文献1：美国专利第4582548号说明书

专利文献2：美国专利第4643782号说明书

专利文献3：美国专利第5455120号说明书

专利文献4：美国专利第5366695号说明书

专利文献5：美国专利第5151249号说明书

专利文献6：美国专利第6966956号说明书

专利文献7：欧洲专利第1262569号说明书

专利文献8：美国专利第6921586号说明书

发明内容