專利名稱：：含β相鎳鋁的涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及材料工藝領(lǐng)域，它涉及一種涂層，該涂層的γ母料中含大體積含量的NiAl-β相，其含量優(yōu)選在20-90％(體積)范圍內(nèi)。已知多種合金用作涂覆，例如汽輪機(jī)部件。汽輪機(jī)部件，例如汽輪機(jī)葉片，須在高溫下運行，因而應(yīng)使用涂層防止氧化和腐蝕。為了充分發(fā)揮高溫下提高汽輪機(jī)工作效率和基材(例如單晶或定向凝結(jié)的微晶體結(jié)構(gòu))的優(yōu)良機(jī)械性質(zhì)的優(yōu)勢，須使涂層材料不僅能防止基材氧化和腐蝕，而且不使基材的機(jī)械性質(zhì)受到影響。對于涂層材料而言，特別應(yīng)具有低的韌-脆過渡溫度(DuctileBrittleTransitionTemperature-DBTT)，從而在較低溫度下具有一定的可延展性。遺憾的是，迄今已知的涂層不具備這些特點。例如US5，943，138敘述了一種涂層，該涂層是一種典型的添加了釔和硅的Ni基超合金(單晶合金)。這些元素雖然能改善蠕變強(qiáng)度和導(dǎo)致低的韌-脆過渡溫度，但所含的其它元素W，Mo和少量Cr和Co對抗氧化性具有負(fù)作用。雖然，近年開發(fā)的高強(qiáng)NiAl-合金能在一定程度上與Ni基合金抗衡，但其缺點在于，與可延展的高韌性Ni基超合金相比，它具有較低的韌性和較高的DBT-溫度(R．DariolaNiAlforTurbineAirfoilApplication，StructuralIntermetallics，TheMinerals，Metals&MaterialsSociety，1993，第495-504頁)，這種合金在低溫下呈現(xiàn)低的延展性。該NiAl合金的β相具有規(guī)則的立方B2晶格(CsCl型)，并由兩個簡單的相交立方晶胞組成，其中Al原子占據(jù)一個子晶格的立方體角，Ni原子占據(jù)另一個子晶格的立方體角。β相較粗，因而亦脆。US5，116，438報導(dǎo)了用鎵微合金化的β相NiAl金屬互化物。這種合金在Ga為0．25％(原子)時室溫下的可延展性有明顯的改善，Ga含量增高會帶來負(fù)作用。向Ni3Al合金添加小含量硼和Hf，Zr，F(xiàn)e以及這些元素的組合物，以便改善可延展性的報導(dǎo)，可從US4，478，791和US4，612，165獲知。本發(fā)明的目的在于改善NiAl涂層的可延展性，該涂層的γ母料含有高含量的β相，而且β相可具有不同的組成，例如NiAl，NiAlCr，NiAlMo，NiAlTi。根據(jù)本發(fā)明，此目的通過下述措施達(dá)到，含NiAl-β相的涂層含下列微合金元素0．1-8Fe和／或0．1-8Mo和／或0．1-8Ga，而且Fe，Mo和Ga的總含量最多為10％(皆以％(重量)計)。本發(fā)明的優(yōu)點在于，涂層的可延展性有實質(zhì)性的改善。通過與Fe，Ga和Mo的微合金化可使β相變細(xì)，從而使可延展性提高同時不使抗氧化性下降。如果超過所給范圍，則會對可延展性和抗氧化和抗腐蝕性產(chǎn)生不利影響。涂層特別宜含4％(重量)的Fe、Ga、Mo。此外還宜添加少量B(0．0005-0．9，優(yōu)選0．001-0．5％(重量))，Zr(0．0005-1．0，優(yōu)選0．001-0．5％(重量))，和／或C(0．0005-0．8，優(yōu)選最大0．5％(重量))，B、Zr和C增強(qiáng)晶界和β／γ相界。附圖展現(xiàn)了本發(fā)明的幾個實施方案。圖1合金VL1(當(dāng)前技術(shù))的力-彎曲圖；圖2本發(fā)明第一實施方案的合金L11的力-彎曲圖；圖3本發(fā)明第二實施方案的合金L12的力-彎曲圖；圖4本發(fā)明第三實施方案的合金L13的力-彎曲圖；圖5合金VL2(現(xiàn)有技術(shù))的力-彎曲圖；圖6本發(fā)明一個實施方案的合金L／21的力-彎曲圖；圖7合金VL3(當(dāng)前技術(shù))的力-彎曲圖；圖8本發(fā)明一個實施方案的合金L31的力-彎曲圖。下面將按照實施例子和圖1-8對本發(fā)明作較詳細(xì)的解釋。按照本發(fā)明進(jìn)行微合金化的涂層材料在γ母料中含大含量NiAl-β相，對可延展性的影響通過試樣展現(xiàn)，材料經(jīng)熔化然后鍛造制成尺寸為7×2×35mm3的試樣條，其中NiAl-β的體積含量約為40-70％。200℃下對這些試樣進(jìn)行三點彎曲試驗，測得塑性變形值，該值是涂層可延展性的尺度。下列合金作為對比材料(以％(重量)計)表1對比合金<tablesid="table1"num="001"><table>NiCrCoAlYSiHfTaReVL1余量1324120．31．2-0．53VL2余量133011．50．31．2-0．5-VL3余量2235101----</table></tables>按照本發(fā)明將對比合金VL1、VL2、VL3用Zr、B和Fe微合金化，分別制成下列合金(以％(重量)計)，同樣在200℃下對這些試樣進(jìn)行三點彎曲試驗，得到塑性變形數(shù)據(jù)表2本發(fā)明的合金(改進(jìn)后的對比合金)<tablesid="table2"num="002"><table>AccordingtoTable1ZrBFeL11VL10．20．054L12VL10．2-3L13VL10．2-4L21VL20．2-3L31VL30．2-3</table></tables>圖1表示代表現(xiàn)有技術(shù)的已知對比合金VL1的力-彎曲圖，試樣的塑性彎曲小并在約1kN的力作用下斷裂。圖2表示本發(fā)明的合金L11(對比合金VL1用0．2％(重量)Zr，0．05％(重量)B和4％(重量)Fe微合金化)的力-彎曲圖。試樣與VL1相比，塑性彎曲有實質(zhì)性增加，并約在1．2kN下才斷裂。雖然VL1的韌-脆過渡溫度大于300℃，但合金L11的韌-脆過渡溫度有實質(zhì)性的降低(200℃)。如果采用合金L12(組成與L11相近，但未添加硼，F(xiàn)e只占3％(重量))，圖3的力-彎曲圖與圖2相比，塑性彎曲稍有降低，但試樣斷裂的力約為1．3kN，稍有增高。圖4表示合金L13(組成與L12相近，但Fe為4％(重量))，這里塑性彎曲仍稍高，斷裂的力約為1．8kN。通過加Fe、Zr和B的微合金化，有可能使含NiAl-β相涂層的延展性得到提高。微合金元素使粗的β相變細(xì)，B、Zr和C增強(qiáng)晶界和β／γ相界。微合金元素Zr和Fe對對比合金VL2的可延展性有更重大的影響。按圖5所示，三點彎曲試樣在作用力約為0．9kN和彎曲約為1．65mm下斷裂。相反，本發(fā)明的合金L21(=VL2+0．2％(重量)Zr+3％(重量)Fe)在三點彎曲試驗中，其塑性彎曲有實質(zhì)性的提高，斷裂只約在1．4kN力出現(xiàn)，其時試樣的彎曲約為2．5mm。本發(fā)明的另一實施例子示于圖7和圖8。對比合金VL3在作用力約為2kN和彎曲為1．7mm下斷裂，而本發(fā)明的合金L31，該合金與VL3的區(qū)別在于它用3％(重量)Fe和0．2％(重量)Zr補(bǔ)充微合金化，斷裂時的彎曲約為2．2mm。因此，涂層合金的塑性變形和可延展性可通過添加這些輔助元素而得到?jīng)Q定性的提高。通過NiAl-相的延展，撕裂伸張變慢，即是說撕裂韌性提高，這對涂層的荷負(fù)行為有正面影響。不言而喻，本發(fā)明不限于所述實施例子，它可用于所有的含β相-NiAl涂層。合金中Fe、Mo和Ga可分別在0．1-8，優(yōu)選4％(重量)范圍內(nèi)。這些元素既可單個又可聯(lián)合添加，但其總含量最大不應(yīng)超過10％(重量)。上述元素使β相變細(xì)，從而使可延展性提高，而又不使抗氧化性降低。如果超出給定范圍，則會對可延展性和抗氧化和腐蝕性產(chǎn)生不良影響。除了在所述實例中添加Zr和B之外，亦可添加C作β／γ相界增強(qiáng)劑。擬添加0．0005-0．9，優(yōu)選0．001-0．5％(重量)B，0．0005-1．0，優(yōu)選0．001-0．5％(重量)Zr和0．0005-0．8％(重量)C。相界增強(qiáng)劑B、C和Zr可單個或聯(lián)合添加。權(quán)利要求1．γ母料中含有20-90％(體積)含量的NiAl-β的NiAl-β相涂層，其特征在于，下列微合金元素(以％(重量)計)0．1-8Fe和／或0．1-8Mo和／或0．1-8Ga，而且Fe、Mo和Ga的總含量最大為10％。2．權(quán)利要求1的含NiAl-β相涂層，其特征在于，(以％(重量)計)Fe最大4和／或Mo最大4和／或Ga最大4。3．權(quán)利要求1或2的含NiAl-β相涂層，其特征在于，Zr量為0．0005-1．0％(重量)。4．權(quán)利要求3的含NiAl-β相的涂層，其特征在于，Zr量為0．001-0．5％(重量)。5．權(quán)利要求3的含NiAl-β相的涂層，其特征在于，Zr量為0．2％(重量)。6．權(quán)利要求1或2的含NiAl-β相的涂層，其特征在于，B含量為0．0005-0．9％(重量)。7．權(quán)利要求6的含NiAl-β相的涂層，其特征在于，B含量為0．001-0．5％(重量)。8．權(quán)利要求6的含NiAl-β相涂層，其特征在于，B含量為0．2％(重量)。9．權(quán)利要求1或2的含NiAl-β相涂層，其特征在于，C含量為0．0005-0．8％(重量)。10．權(quán)利要求9的含NiAl-β相涂層，其特征在于，C含量為0．5％(重量)。11．權(quán)利要求3和6的含NiAl-β相涂層，其特征在于(以％(重量)計)Cr13、Co24、Al12、Y0．3、Si1．2、Ta0．5、Re3、Zr0．2、B0．05、Fe4，其余Ni。12．權(quán)利要求3的含NiAl-β相涂層，其特征在于(以％(重量)計)Cr13、Co24、Al12、Y0．3、Si1．2、Ta0．5、Re3、Zr0．2、Fe4，其余為Ni。13．權(quán)利要求3的含NiAl-β相涂層，其特征在于(以％(重量)計)C13、Co24、Al12、Y0．3、Si1．2、Ta0．5、Re3、Zr0．2、Fe3，其余為Ni。14．權(quán)利要求3的含NiAl-β相涂層，其特征在于(以％(重量)計)Cr13、Co30、Al11．5、Y0．3、Si1．2、Ta0．5、Zr0．2、Fe3，其余為Ni。15．權(quán)利要求3的含NiAl-β相涂層，其特征在于(以％(重量)計)Cr22、Co35、Al10、Y1、Zr0．2、Fe3，其余為Ni。全文摘要本發(fā)明涉及一種γ母料中含大體積含量,優(yōu)選20—90%(體積)NiAl－β相的涂層,其特征在于下列提高涂層可延展性的微合金元素(以%(重量)計):Fe0.1—8和/或Mo0.1—8和/或Ga0.1—8,而且Fe、Mo和Ga的總含量最大為10%?？裳a(bǔ)充添加小含量Zr、C和/或B,這些元素增強(qiáng)β/γ相界。文檔編號C22C19/05GK1280210SQ00118099公開日2001年1月17日申請日期2000年6月8日優(yōu)先權(quán)日1999年6月8日發(fā)明者M(jìn)·納茲米,H·J·施穆茨勒申請人:Abb阿爾斯托姆電力(瑞士)股份有限公司