[发明专利]抗氧化的低膨胀高温合金

说明书

本发明涉及抗氧化、有延性、高强度的高温合金，更具体地说，本发明涉及含镍和铁并含有钴的低膨胀、抗氧化的高温合金。

现有技术的不含铬的低膨胀高温合金，例如美国专利No.3157495、4200459、4487743和4685978中所描述并要求专利保护的那些合金，在高温下一般不具备足够的抗氧化性能和全面的抗腐蚀性能。Ni-Fe和Ni-Fe-Co低膨胀高温合金不仅抗氧化性能差，而且还由于通常称为应力加速的晶界氧脆性的现象而受到损害，这种现象有时也叫作动态氧脆性或简称为动态脆性。现有技术的不含铬的低热膨胀高温合金通常在约600℃以上缺乏所需要的高强度。此外，一般说来，这些现有技术的低热膨胀合金，在由其制成的零件进行钎焊时所要求使用的约1040℃的温度下，其晶粒迅速粗化。

众所周知，向这些合金中加入铬可以赋予其抗氧化性和全面的抗腐蚀性并使晶界脆性减小到最低程度。但是，在镍基、铁基和钴基合金中，铬还抑制铁磁性、降低居里温度（磁性-非磁性转变温度），从而使材料的热膨胀增大。如果为了获得一般的抗氧化性能而加入足量的铬，那么材料就不再具有低热膨胀性了。

此外，人们还熟知，向镍基和铁基合金中加入足量的铝可以赋予其一般的抗氧化性并提高强度。但是，现有的低膨胀高温合金技术指出，铝的加入增大了产生应力加速晶界氧脆性的趋势。因此，美国专利No.4685978、4487743和4200459都指出，铝的含量必须尽可能低，以降低发生应力加速晶界氧脆性的趋势。现有技术的低膨胀高温合金中，铝只是作为不希望有的杂质元素而存在的。

如果铝以很高的含量存在于金属间化合物Ni₃Al中，则动态氧脆性的增加趋势往往比上述低膨胀高温合金更为显著，尽管含铝的金属间化合物具有极好的一般抗氧化性能。另外，人们还知道，在约600℃以下金属间化合物NiAl本来是脆性的。因此，现有技术指出，在镍基合金和含镍合金中增加铝的含量要么使动态氧脆性更加严重;要么加剧低温脆性，特别是在低铬或无铬的这类合金中更是如此。

在已知的具有低热膨胀系数的合金范围之外，本申请人还了解到，美国专利No.4642145（′145专利）中公布了镍-铁-铝合金和镍-钴-铝合金，在这些合金中含有至少8%（原子）的铝并存在有B-2型金属间化合物。这些合金是用特定方法制造的，以便使其具有晶体颗粒的直径在0.5-10微米的范围内的微晶结构，根据该专利中的说明，这些合金需要具有这样一种微晶结构。′145专利的微晶合金实施例或者含有钴或者含有铁，但不同时含有这二种元素。就本申请人所知，′145专利公开中所要求的微晶结构在超过约600℃的温度下表现出较差的机械性能。′145专利未公布所要求保护合金在高温时的任何具体性能，并且也没有提到有关应力加速的晶界氧脆性的情况。作为对′145专利的补充，Inone等人写了一篇题为：“Ni-Al-Fe和Ni-Al-Co系统的快淬L2₀和L2₀+Ll₂合金的金相组织和机械性能”（“Microstructure and Mechanical Properties of Rapidly Quenched L2₀and L2₀+Ll₂Alloys in Ni-Al-Fe and Ni-Al-CoSystems”）的技术论文，该论文发表在“Journal  of  Materials  Science”19（1984）3097-3106。在这篇论文中，作者报导了在′145专利中已经公布的许多内容，并得出结论说，在Ni-Al-Fe和Ni-Al-Co系中采用熔体快淬法制成的合金丝是延性的，尽管“常规凝固的β′和γ′+β′化合物是极脆的”。