[发明专利]一类镍基单晶高温合金Nideal 3

说明书

一类镍基单晶高温合金Nideal 3，属于高温合金技术领域。该类合金命名为Nideal 3，合金成分(质量分数)为Co：7.86 wt%、Al：5.75 wt%、Cr：5.54 wt%、W：4.9 wt%、Ta：4.82 wt%、Mo：2.56 wt%、Ti：1.28 wt%；还选用了总原子质量分数控制在0.5 wt%以内的稀有元素。Nideal 3合金具有长持久寿命，并且属于廉价高温合金。

技术领域

本发明涉及一类镍基单晶高温合金的成分，属于高温合金技术领域。

背景技术

高温合金主要是指以镍、钴和为铁基，能在600 °C上的环境下依然能保持较高性能的一种高温结构材料。这种材料具有较长的持久寿命、良好的抗氧化能力、较高的承温能力和抗腐蚀能力以及良好的疲劳性能和断裂韧性。随着工业的高速发展，高温合金在各个领域中展现了良好的应用前景，尤其在航空发动机和燃气轮机的相关高温部件。

按照制备工艺，高温合金可分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末冶金高温合金(包括氧化物弥散强化高温合金)。按照金属材料基体，主要分为铁基高温合金、钴基高温合金和镍基高温合金。铁基高温合金由于组织稳定性和抗氧化性相对较差，高温强度不足，不能在更高的温度下使用，只能在中温条件(600~800 °C)条件下使用。而钴是一种重要的战略性资源，世界大多数国家钴资源稀缺。因此，以镍为基体的镍基高温合金成为目前高温合金中应用最广的一类合金，其在650~1000 °C范围内具有较高的强度和较强的抗氧化性。镍基高温合金具有许多优点，首先可以固溶较多的合金元素，且能保持较好的稳定性；其次可以形成γ′-Ni₃Al超点阵，与基体完全共格，实现高温强化。最后含有铬的镍基高温合金具有更高的抗氧化、抗腐蚀能力。

其中，镍基高温合金的发展开始于变形高温合金。随着高温性能的提高，合金的变形也变得困难。为了突破变形工艺的束缚，科研人员研发出了等轴晶铸造合金。实践发现，镍基高温合金叶片的工作寿命受垂直于应力轴晶界(横向晶界)的影响，因此通过定向凝固技术，消除横向晶界，研发出定向凝固柱晶高温合金，如TMD-5和TMD-K35。定向凝固柱晶高温合金的晶界方向与应力方向平行，因此提高和镍基高温合金的性能。但晶界在高温条件下是薄弱环节。因此，通过相关技术手段去除晶界，制备出单晶高温合金。第一代单晶高温合金以TMS-12和TMS-6为代表，为廉价合金。第二代单晶合金在第一代单晶合金的基础上，加入3wt%的Re元素，如TMS-145，承温能力提高了大约30 °C。同时，第三代单晶合金(TMS-75和TMS-80)加入6wt%的Re，性能进一步提高。但为了抑制TCP的析出，第四代单晶合金开始，加入Ru，如TMS-138(第四代单晶)，TMS-196(第五代单晶)和TMS-238(第六代单晶)，同样高温性能也得到提高。但高代次单晶合金，成本较高。为了控制成本，本发明研发出一种性能优异的廉价高温合金。

发明内容

本发明是一种第一代镍基单晶高温合金的合金成分，属于廉价高温合金，命名为Nideal 3合金。

本发明采用的技术方案是：一种廉价镍基单晶高温合金的合金成分，属于高温合金技术领域。该类合金命名为Nideal 3。合金成分(质量分数)为Co：7.86 wt%、Al：5.75wt%、Cr：5.54 wt%、W：4.9 wt%、Ta：4.82 wt%、Mo：2.56 wt%、Ti：1.28 wt%。在主要合金的成分确定之后，还选用Mg、Si、C、B以及La、Ce、Y稀土中的一种或几种，其总原子质量分数控制在0.5 wt%以内。 Nideal 3合金，具有长持久寿命，并且属于廉价高温合金。