[发明专利]一种抗高温氧化耐磨钴基合金丝材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种抗高温氧化耐磨钴基合金丝材及其制备方法。合金刷丝成分为Cr 13~17%、Ni 11~15%、W 10~14%，Mo 2.4~4.3%、Al 1.2~1.6%、Ti 2.8~3.6%，Nb 0.1~0.5%、Ta 1.2~1.8%、Re 0.03~0.06%、Ce 0.01~0.05%、C 0.02~0.1%、B 0.005~0.015%、Zr 0.02~0.07%、Co为余量。该合金的制备工艺路线为：真空熔炼‑重熔‑锻造‑热轧‑拉拔‑固溶处理‑时效处理。将原材料按质量百分比配料熔炼，重熔；然后通过锻造、轧制成合金盘条；再进行多道次的拉拔制备成Φ0.06~0.4mm的合金丝；最后再通过固溶处理、时效处理。该合金丝通过合理的成分控制及合金元素添加，从而具有较高的成材率以及较好的抗高温耐磨、抗高温耐蚀、抗氧化性和较高的强度。作为密封的刷丝材料，可以有效改善密封的密封效果和提高使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种抗高温氧化耐磨钴基合金丝材及其制备方法，属于材料加工技术领域。具体用于制造抗高温耐磨性、抗高温耐蚀性、抗氧化性和高强度的刷丝材料。

背景技术

刷式密封是一种用于发动机、汽轮机以及蒸汽机等透平机械关键部分的空气密封装置，主要由刷环和与其对应配套的跑道构成。其中，刷环主要由前板、背板及夹持在两者之间直径为0.06～0.3mm左右的致密刷丝焊接组成，是空气系统篦齿密封最好的替代结构，其中刷丝是刷式密封装置中最为重要的材料部分，要求刷丝在使用过程中具有很好的耐磨性、耐腐蚀性和很高的强度以及高温下的性能。

在大功率透平机械中，密封泄漏是空气动力损失的主要来源。GE和CROSS公司的报告认为，由于密封失效导致的级间能量损失比例可以达到1/3，Chupp等报告密封泄漏导致汽轮机效率损失的比例高达22％左右，美国路易斯研究中心的报告认为先进的密封技术可以减少商用发动机10％的燃油消耗量。刷式密封是近几十年发展起来的新的密封，它的泄漏量相当于传统的迷宫密封的1/5～1/10，可以显著提高透平机械的效率和可靠性，降低燃油量，因此受到国内外广泛的关注。国内外学者对刷丝材料的研究不断的深入，研发了多种基体的刷丝材料(例如铁基、镍基、钴基等)，应用温度范围广，能够适应不同温度条件，广泛的应用于燃气轮机、发动机以及航空发动机等，大大提高了效率、降低了损耗。

针对高温合金的研究应用，国内学者，一方面通过对合金元素的添加以及合金元素含量的控制，研究不同的元素的作用机理，发现了不同的元素对应的相应强化机制，如固溶强化、时效强化以及晶界强化等，大大促进了高温合金的应用与发展。例如，公开号为CN103045910A的中国发明专利公开了一种原子百分数为：4～12％Al，4～12％W，1～4％Ta，1～6％Ti，0～10％Cr，0～3％Mo，0～2％Hf，0～1％C，0～1％B，余量Co的钴基合金成分设计，提供一种γ'相溶解温度更高的Co-Al-W基高温合金，其可在1000℃以上形成γ′相形貌立方且体积分数大于60％的γ/γ′两相组织；公开号为CN14177360A的中国发明专利公开了一种铸造耐蚀耐磨钴基合金，该钴基合金中Co 35～65％、Cr 25～35％、Ni 2～15％、Si0.5～3.0％、C 1.0～2.5％、Mo 1～6％、W 5～20％、Cu 0.5～2.0％，主要用于低温下耐腐蚀的场合，最高含钴量超过60％。

另一方面通过对合金加工制备工艺的优化改进，改善合金的组织、降低缺陷等，并且选择一定的热处理工艺，从而获得优质性能的合金材料。例如，公开号为CN103981380A的中国发明专利公开了一种电子束熔炼法的钴基高温合金的制备方法，避免熔炼过程的杂质引入；公开号为CN102808124A的中国发明专利公开了一种耐高温铸造钴基合金的制备方法，通过对熔炼工艺、熔体的变质处理工艺、浇注工艺等的合理选择，有效地提高了钴基高温合金材料的综合性能。