[发明专利]一种太阳能热发电熔盐系统用耐腐蚀铸造钴合金及其工艺

说明书

本发明公开了一种太阳能热发电熔盐系统用耐腐蚀铸造钴合金及其工艺。按照重量百分比,该合金的成分为:Sn:2.0‑3.0wt.%,In:1.5‑1.8wt.%,Ag:0.4‑0.6wt.%,Cr:3.0‑3.5wt.%,Al:4.0‑5.0wt.%,Mn:0.4‑0.6wt.%,Ge:1.0‑1.4wt.%,Cu:2.0‑3.0wt.%，余量为钴。该材料为高温极端环境下用耐腐蚀的钴合金提供了一种新颖的材料学解决方案，也就是提供了一种具有优异铸造性能的钴合金。该合金的实施和产业化会大大推动我国在太阳能热发电领域散热管和储热管对高端钴合金材料的商业升级需求。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种钴合金。

背景技术

高温合金又称热强合金、耐热合金或超级合金，是以Fe, Co和Ni为基体，并且在600度以上使用时能够承受较大复杂应力，同时保持表面稳定的奥氏体合金材料。由于具有好的耐热性、高强度、优异的延展性、热加工性、焊接性、耐疲劳及抗腐蚀性能，高温合金应用领域非常广泛，如石油化工领域、热电领域、核电领域、交通运输领域、航空航天和国防领域等。尤其是如今顶尖航空发动机领域，高温合金的使用量为整个的50%左右。

高温合金起源于二十世纪三十年代，因为航空航天的工况要求用耐高温材料来制备涡轮增压器，所以出现了高温合金。在这以后，人们急需使燃气涡轮发动机技术进一步提升，从而使高温合金质量随着需求的增加而快速进步。所以，高温合金的进步跟涡轮发动机的进步密不可分。按照合金的基体元素种类，高温合金可以分为三类：铁基、镍基及钴基高温合金。其中铁基高温合金工作温度多在600-800度；镍基高温合金工作温度多为650-1000度；钴基高温合金工作温度多为730-1100度。

钴基高温合金主要是指以高合金化的面心立方钻基固溶体为基体，以碳化物为主要强化相的一类合金。钴基高温合金与镍和铁基高温合金相比具有以下特性:(1)更高的熔化温度;(2)更平坦的持久强度-温度曲线，可以在更高的温度承受应力作用; (3)更加优秀的抗燃机气氛热腐蚀性能; (4)更为良好的抗热劳特性; (5)较好的焊接性能。因此作为制造航空喷气发动机、工业燃气轮机和舰船燃气轮机的导向叶片、喷嘴导叶及柴油机喷嘴材料，钴基高温合金具独特的优势。

一般而言，由于液态金属的密度大于固态的密度，合金在凝固过程中会发生体积收缩。很显然，这些密度的差异会导致凝固过程中大量铸造孔洞的生成。此外，合金在凝固过程中由于先析出相形成了枝晶主干和侧枝而使得后来的熔体不能有效地填补枝晶间的空隙，也会促使孔洞和疏松的生成。因而，多元合金在凝固时铸件的铸造密实度一直是材料学上的难点。通常，对于铸造合金而言，人们会选择多元共晶点附近的成分，使得合金的凝固过程中有固定而单一的相转变温度，因为共晶温度是固定的。这样不仅使得铸件在大范围内合金成分均匀，而且由于共晶相的相互协调生成而使得铸造的孔洞和疏松达到了最小化。

由于钴合金在高温呈现的极其优异的物理，力学和化学性能，国内外的专家和研究机构已经对钴合金进行了广泛而又详尽的研究，并产业化了一系列铸造用钴合金和变形用钴合金。但是这些钴合金一般在使用状态下呈现出fcc相的结构，强化需要靠在fcc相中形成碳化物来进行高温强化。这些钴合金在推广后不仅使得相关行业的产业升级成为可能，也大大促进性相关领域的技术发展。

随着当今世界的发展以及人民生活水平的提高，对高性能钴合金材料以及使用于极端环境先进钴合金材料的需求也越来越多。可以预见的是钴基合金会在工业领域和国防领域展现出更为广阔的应用前景。进行合金新材料的创新离不开合金结构和成分设计，而材料的热力学和动力学是解决该类问题的主要方法。通过优化合金元素的筛选和成分确定，不仅可以达到所需要的各种性能指标，还会降低合金冶炼和加工的生产成本和对设备的要求。该类产品不仅使用寿命有了进一步的提高，还便于工业化大规模生产。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种太阳能热发电熔盐系统用耐腐蚀铸造钴合金及其工艺。