[发明专利]耐1400℃高强度抗蠕变Pt基高温合金

说明书

本发明公开了耐1400℃高强度抗蠕变Pt基高温合金，涉及高温合金技术领域，其技术方案要点是：所述合金由元素Pt、Zr、Hf、Ni、Cr和元素X组成，其中，X为Sc、Ti、Co、Y、Ce、Th中的一种或几种。各元素以质量百分比计：9‑15％Zr、5‑14％Hf、6‑12％Sc、0‑10％Ti、3‑8％Ni、2‑7％Co、7‑11％Cr、0‑1％Y、0‑1％Ce、0‑1％Th，余量为Pt。具有提高Pt‑Al体系的γ/γ'型Pt基高温合金的高温强度和抗蠕变性能，降低铂基合金的使用成本的效果。

技术领域

本发明涉及高温合金技术领域，更具体地说，它涉及耐1400℃高强度抗蠕变Pt基高温合金。

背景技术

高温合金的产生最初主要是为了满足喷气发动机对材料的苛刻要求，传统意义上的高温合金是指镍基、铁基、钴基、钛基及其金属间化合物等贱金属，主要应用于航空发动机、工业燃气轮机等的热端部件，作为高温结构材料之一的镍基超级合金是目前航空航天、气轮机等热端部件的主要用材，然而由于熔点的限制，镍基合金的服役温度已接近极限，难以被进一步提高。

贵金属铂(Pt)不仅具有与Ni相同的晶体结构(面心立方结构)，而且Pt的熔点(1768℃)远高于Ni的熔点(1455℃)，且具有优良的抗氧化及耐腐蚀性能，高温使用时一般无须涂层保护，可以经受高温和剧烈复杂环境的考验，成为很多特殊应用坏境中不可缺少的材料。然而纯铂在高温下晶粒严重长大，高温强度和抗蠕变性能下降，不能在高温应力条件下长期使用，常常采用固溶强化或弥散强化的方式提高Pt基合金的高温强度。对于Pt-Ir合金来说，Ir在高温下会发生挥发降低材料的高温稳定性，大量Ir的挥发会大大损伤材料的性能，同时Ir的延性较差，使得Pt-Ir合金加工困难。而对于Pt-Rh合金来说，Rh元素在室温下固溶强化效果较弱，同时Rh元素价格昂贵，使得整个Pt-Rh合金成本增加。通常在Pt-Rh合金中添加少量(1％)的Mo、W、Ru、Ir等元素，提高合金的持久强度，降低蠕变速，但是在高温情况下，这些元素容易氧化挥发，并且随着温度的升高这些元素的挥发损失迅速增加，使得材料的高温强度降低。此外，固溶强化型合金在高温下会出现晶粒粗化，大大损伤材料的力学性能。对于弥散强化型Pt基合金来说，通常是在Pt基合金中加入碳化物(TiC)或氧化物(ZrO₂、Y₂O₃)提高材料的力学性能，但弥散强化Pt基合金加工性能差，通常会大大降低材料的塑性。

γ/γ'型Ni基高温合金在高温下具有优异的力学性能，而Pt具有与Ni相同的晶体结构，这对开发出具有类似结构的Pt基高温合金提供了借鉴意义。目前γ/γ'型Pt基高温合金的研究主要集中在Pt-Al体系，由于Pt₃Al的熔点仅为1556℃，Pt₃Al与Pt在1505℃发生共晶反应，使得Pt-Al体系的γ/γ'型Pt基高温合金服役温度难以突破1300℃。

发明内容

本发明的目的是提供耐1400℃高强度抗蠕变Pt基高温合金，解决Pt-Al体系的γ/γ'型Pt基高温合金在1300℃环境中应用时，其高温强度和抗蠕变性能较差的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

耐1400℃高强度抗蠕变Pt基高温合金，所述合金由元素Pt、Zr、Hf、Ni、Cr和元素X组成，其中，X为Sc、Ti、Co、Y、Ce、Th中的一种或几种。

Sc、Ti、Zr和Hf四种合金元素为γ'相元素，主要用于在Pt基合金中形成高熔点的γ'相。γ/γ'相两相共格结构的形成，不仅仅只是添加γ'相合金元素，同时，还要添加合金元素使其固溶进Pt基体，调控γ/γ'相的晶格常数，使界面能和畸变能达到合适的比例。本发明主要添加Ni和Co，一方面用于调控Pt基高温合金中的γ/γ'相的两相失配度，确保形成立方形貌的γ'相，另一方面用于降低合金的层错能，抑制有害相的析出，提高合金的抗蠕变能力。