[发明专利]合金、保护层和构件

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1所述的合金、一种根据权利要求6所述的用于尤其在高温下保护构件免受腐蚀和/或氧化的保护层和一种根据权利要求7所述的构件。

背景技术

用于金属构件的能够提高其抗腐蚀性和/或抗氧化性的保护层在现有技术中是广泛已知的。大部分所述保护层以总名称MCrAlY已知，其中M代表选自包括铁、钴和镍的组中的至少一种元素，并且其它主要组分是铬、铝和钇。

所述类型的典型的覆层从美国专利4,005,989和4,034,142中已知。也已知的是将铼（Re）添加至NiCoCrAlY合金。

在固定式燃气轮机或飞行器推进器中提高进气温度的努力在燃气轮机的专业领域中具有重大意义，因为进气温度对可借助燃气轮机实现的热力学效率而言是重要的决定因素。通过将专门研发的合金用作用于例如为导向叶片和转子叶片的过高热负荷的构件的基本材料，尤其是通过使用单晶超合金，进气温度可以明显高于1000℃。在此期间，现有技术在固定式燃气轮机中允许950℃和更高的进气温度以及在飞行器推进器的燃气轮机中允许1100℃和更高的进气温度。

用于构造具有单晶基质的、就其而言能够复杂地构造的涡轮叶片的实例从WO 91/01433A1中得出。

当用于高热负荷构件的在此期间研发的基本材料的物理负荷能力在可能进一步提高进气温度方面尽可能没有问题时，必须借助于保护层以实现足够的抗氧化性和抗腐蚀性。除保护层在1000℃数量级的温度下能够预期由废气引起侵蚀的情况下存在足够的化学稳定性之外，保护层也必须具有足够良好的机械特性，尤其是在保护层和基本材料之间的机械相互作用的方面。特别地，保护层必须是足够可延展的，以便能够适应基本材料的可能的变形并且不断裂，因为以该方式能为氧化和腐蚀提供侵蚀点。

发明内容

与此相应地，本发明基于下述目的，提出一种合金和保护层，所述保护层在腐蚀和氧化时具有良好的耐高温性、具有良好的持久稳定性并且所述保护层此外尤其良好地适应于尤其在高温下预期在燃气轮机中出现的机械应力。

所述目的通过一种根据权利要求1所述的合金和一种根据权利要求6所述的保护层来实现。

本发明的另一目的在于提供一种构件，所述构件具有提高的抵抗腐蚀和抗氧化的保护。所述目的同样通过一种根据权利要求7所述的构件来实现，尤其是燃气轮机或蒸汽轮机的构件，所述构件具有上述类型的保护层以保护所述构件免受高温下的腐蚀和氧化。

在从属权利要求中列举出能够以有利的方式和方法任意相互结合的其它有利措施。

此外，本发明基于下述知识：保护层在层中和在保护层和基本材料之间的过渡区域中表现出脆性的铼沉淀。随着在使用中的时间和温度而加强地构成的该脆性相在运行中导致层中的和层-基本材料分界面中的极其明显的纵向裂缝，并且层随后脱落。通过与能够从基本材料扩散到层中或者在炉中的热处理期间穿过表面扩散到层中的碳的共同作用，附加地提高铼沉淀的脆性。由于铼相的氧化，进一步增强裂缝形成的推动力。

在下文中详细地阐明本发明。

附图说明

附图示出：

图1示出具有保护层的层系统，

图2示出超合金的组分，

图3示出燃气轮机，

图4示出涡轮叶片，以及

图5示出燃烧室。

附图和说明书仅代表本发明的实施例。

具体实施方式

根据本发明，用于在高温下保护构件免受腐蚀和氧化的保护层7（图1）基本上具有下述元素（数据以重量%的比例来表示）：

24%至26%的钴（Co），

10%至12%的铝（Al），

0.2%至0.5%的钇（Y）和/或包括钪和稀土元素的组中的至少一种等价金属，

12%至14%的铬（Cr），

镍（Ni）（NiCoCrAlY）。

所述列表不是最终的，但是不包含钽，因为这影响γ/γ’相位变换。一个有利的实施方案由元素镍、钴、铬、铝、钽和钇组成。

在更高的氧化负荷（纯的燃烧气体）的情况下，必须通过钇结合更多氧，以便保护性的氧化铝层不能够过快地生长，其中因此钇的值有利地为直至0.7重量%。然而，钇的含量在合金中通常不应过高，因为否则这导致变脆。

优选的实施例是：Ni-25Co-13Cr-11Al-0.3Y。