[发明专利]一种耐1100℃高温抗氧化燃烧室合金及其制备方法

说明书

本申请公开了一种耐1100℃高温抗氧化燃烧室合金及其制备方法，属于高温合金技术领域，一种耐1100℃高温抗氧化燃烧室合金，技术方案要点是按重量百分比计，所述合金的化学成分为C：0.05~0.15%、W：16~20%、Co：16~20%、Y：0.005~0.05%、B：0~0.010%、Cr：12~20%、Al：3~4%、Zr：≤0.05%、Fe：＜3%，余量为Ni和不可避免的杂质，达到提高合金的使用温度，使得合金在1100℃的条件下具有良好的抗氧化性能。

技术领域

本申请涉及高温合金领域，特别涉及一种耐1100℃高温抗氧化燃烧室合金及其制备方法。

背景技术

燃烧室是航空航天发动机不可或缺的高温部件，其对材料的耐高温能力的需求永无止境，现有GH3230和GH5188合金是可用于燃烧室的耐温能力最高的两种合金，其长时最高使用温度在1000℃左右，由于现有的燃烧室合金的耐温能力不能满足先进发动机的需要，因此需要在燃烧室的表面涂覆耐高温涂层以及在燃烧室内设置冷却结构，但是提高材料的耐高温能力才是最根本的解决措施。

但是现有技术中想要提高GH3230和GH5188这两种合金的使用温度时遇到以下问题：(1)当温度超过1000℃时，合金的氧化物膜为含铬氧化物，而含铬氧化物将会转化成挥发性三氧化铬，使抗氧化性能衰减明显；(2)当进一步添加W、Mo为代表的固溶强化元素时，将会超过基体固溶能力，无法形成有效强化，因此现有燃烧室用高温合金近30年来使用温度没有明显提高。

发明内容

为了提高高温合金的使用温度，本申请提供一种耐1100℃高温抗氧化燃烧室合金及其制备方法。

本申请提供的一种耐1100℃高温抗氧化燃烧室合金，按重量百分比计，所述合金的化学成分为C：0.05～0.15％、W：16～20％、Co：16～20％、Y：0.005～0.05％、B：0～0.010％、Cr：12～20％、Al：3～4％、Zr：≤0.05％、Fe：＜3％，余量为Ni和不可避免的杂质。

优选的，按重量百分比计，所述合金的化学成分为C：0.1～0.15％、W：18～20％、Co：17～20％、Y：0.01～0.05％、B：0～0.010％、Cr：15～20％、Al：3.5～4％、Zr：≤0.05％、Fe：＜3％，余量为Ni和不可避免的杂质。

优选的，按重量百分比计，所述不可避免的杂质为S：≤0.015％、P：≤0.015％、Mn：≤0.015％、Si：≤0.15％。

通过采用上述技术方案，C作为强化元素其与W一起形成大量的一次的M₆C型碳化物，M₆C型碳化物的形成，一方面有助于控制晶粒尺寸，另一方面消耗一部分W，有利于合金在高温条件能够长时间保持组织稳定性，从而有利于合金的高温持久性能以及高温强度。

Cr是提高镍基合金的抗氧化性能、抗腐蚀性能，同时也是高温强度的重要元素。Cr元素的存在可以形成保护性的Cr₂O₃氧化膜，但是在高于1000℃的高温条件下，Cr元素对抗氧化的作用减弱，同时Cr₂O₃氧化膜在1100℃的条件下会脱落。而本申请中Al元素的加入可改善氧化膜的结构，当A1含量过低时，只能形成不连续的内氧化物Al₂O₃；不能明显提高合金的抗氧化性能；当Al含量增加到一定临界值时，由于该临界值通常与合金中Cr含量有关，会逐渐形成连续的含Al氧化层；但是Al含量增加过多，会降低合金的塑性和焊接性能。因此在本申请中将Al元素的含量限定在3～4％的范围内时，能够配合Cr元素形成连续的含Cr/Al的复合氧化膜，以增强合金的抗氧化性能。而且实验证明当Cr元素大于12％时，有利于Cr/Al复合氧化物的形成，从而有效提高燃烧室用高温合金的抗氧化性能。但是当Cr元素含量高于20％时，需要更多的Al元素来形成复合氧化物，对合金的抗氧化性能无明显益处，因此本申请中Cr元素限定在12～20％之间。