專利名稱：改進(jìn)的高溫釬焊合金及有關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金制品的修復(fù)，更具體地說(shuō)，涉及用活化擴(kuò)散合攏焊合方法，對(duì)用壞的燃?xì)廨啓C(jī)噴咀進(jìn)行修復(fù)時(shí)使用的釬焊合金組合物。
有許多鈷基合金，既可用于制造又可用于修復(fù)高溫運(yùn)轉(zhuǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)部件(包括燃燒室、渦輪葉片、噴咀等)。
美國(guó)專利NOS 4，830，934;4，614，296;4，381，944;4，285，459;4，058，415;3，355，287;3，276，865;3，271，140;及4，396，577，中公開(kāi)了用于生產(chǎn)和/或修復(fù)超耐熱合金制品的鈷基合金典型實(shí)例。
這些部件在高溫操作條件下運(yùn)轉(zhuǎn)期間，會(huì)發(fā)生各種類型的損壞或損耗。例如，由于熱循環(huán)、外部物體的撞擊和/或腐蝕會(huì)導(dǎo)致裂紋。眾所周知，這些部件的成本比較高，因此修復(fù)這些部件當(dāng)然比更換這些部件更為合算。
本發(fā)明涉及一種長(zhǎng)期暴露在腐蝕高溫操作條件下環(huán)境造成損壞的燃?xì)廨啓C(jī)部件修復(fù)時(shí)所用的改進(jìn)釬焊合金組合物。這些釬焊合金組合物特別適用于活化擴(kuò)散焊合方法的修復(fù)中，例如，通過(guò)釬焊一種釬焊合金和噴咀之基質(zhì)金屬的特殊形式混合物來(lái)修復(fù)噴咀。具體地說(shuō)，修復(fù)的完成是通過(guò)含釬焊合金和母合金粉之混合物的熔敷物進(jìn)行釬焊。真空釬焊循環(huán)引起釬焊合金熔融并與母材合金粉和母材基質(zhì)表面熔合。然后，采用后釬焊擴(kuò)散熱處理循環(huán)以促進(jìn)進(jìn)一步內(nèi)擴(kuò)散。所得之修復(fù)區(qū)的機(jī)械性能接近母材合金的機(jī)械性能。
按照本發(fā)明之釬焊合金是具有高鉻含量并含有作為熔點(diǎn)降低添加劑B和Si的鈷基合金。后者是使釬焊合金熔融而不熔融母材合金構(gòu)件所必需的。
本發(fā)明之鈷基合金還特別含有能形成MC的主要元素Ta和Hf。
因此，本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施方案，提供了以下組成(重量%)的釬焊合金鎳 約8.5%-約12.5%鉻 約24%-約40%鎢 約0%-約9%碳 約0.03%-約0.6%硼 約0.01%-約3.5%硅 約0.1%-約11%錳 最高達(dá)約2%鉿 約0.1%-約3%鉭 約0.1%-約8%鋯 約0%-約1%鈦 約0%-約1%鈷 余量本發(fā)明之合金耐高溫(1200-1900°F)，而且在上述溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的機(jī)械特性以及抗氧化性能和抗腐蝕性能。
由以下詳細(xì)敘述可明顯地看出本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明之釬焊合金特別適用具有以下重量百分組成的已知鈷基超耐熱合金葉輪機(jī)噴咀Ni 10%Cr 29%W 7%C 0.35%B 0.015%
Si 0.1%Mn 0.1%Hf 1%Ta 0.5%Zr 0.5%Ti 0.2%Co 余量本發(fā)明之合金還被配制成能適用于另一種新式的含以下重量百分成分的鈷基超耐熱基底材料Ni 10%Cr 29%W 7%C 0.25%Si 0.9%Mn 0.6%Co 余量上述兩種情況的主要目的都是保持上述“母材”合金的機(jī)械和耐環(huán)境特性，同時(shí)還降低作為良好釬焊特征的釬焊合金(而不是母材合金)的熔融溫度。
本發(fā)明包括具有以下組成(重量)范圍的Co基合金鎳 約8.5%-約12.5%鉻 約24%-約40%鎢 約0%-9%碳 約0.03%-約0.6%硼 約0.01%-約3.5%硅 約0.1%-約11%
錳 最高達(dá)約2%鉿 約0.1%-約3%鉭 約0.1%-約8%鋯 約0%-約1%鈦 0%-約1%鈷 余量按照本發(fā)明的第一種典型合金具有以下組成鎳 10%鉻 29%鎢 7%碳 0.1%硼 2.5%硅 2.5%錳 0.6%鉿 2%鉭 2%鋯 0%鈦 0%鈷 余量按照本發(fā)明的第二種典型合金具有以下組成鎳 10%鉻 29%鎢 3.5%碳 0.1%硼 1%硅 7%
錳 0.6%鉿 0.1%鉭 4%鋯 0%鈦 0%鈷 余量如上所述，本發(fā)明之合金配方中含有作為熔點(diǎn)降低添加劑的硼和硅。這是為保證在釬焊時(shí)使釬焊合金混合物熔融但母材合金不熔融所必需的。硼在這方面是有利的，但卻不利于好的抗氧化性。因此，本發(fā)明合金還含有主要形成MC的元素鉭和鉿以增加抗氧化性能。由于這些難熔元素(也包括Zr和Ti)也是公知的最熱穩(wěn)定的硼化物生成物、因此MB2或MB型難熔硼化物應(yīng)作為離散顆粒在釬焊區(qū)中形成。不過(guò)它可能會(huì)抑制硼遷移離開(kāi)釬焊區(qū)，但卻能使會(huì)削弱強(qiáng)度和延展性的原狀(script)或低共熔狀硼化物結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)率減為最少。
本發(fā)明提供了一種鈷基高溫釬焊合金，上面列舉其組成范圍和其中兩種有代表性合金的具體組成。本發(fā)明還提供了用上述鈷基高溫釬焊合金修復(fù)鈷基超耐熱合金基材的方法，它包括制備具有上述組成的粉狀釬焊合金和鈷基超耐熱合金粉未的混合物;用它進(jìn)行修復(fù)時(shí)，將本發(fā)明之釬焊合金和母材金屬粉末的混合物在用壞待修的葉輪機(jī)噴咀(或其它部件)位置上進(jìn)行真空釬焊的修復(fù)。真空釬焊使釬焊合金與母材合金粉以及母材基體表面熔融。然后用普通的后釬焊擴(kuò)散熱處理循環(huán)進(jìn)一步促進(jìn)內(nèi)擴(kuò)散并使硼遷移離千釬焊區(qū)。因此，硼對(duì)表面抗腐蝕性的影響減為最小。
使用本發(fā)明合金，可使修復(fù)區(qū)的機(jī)械特性與母材合金的相近。
因此，本發(fā)明釬焊合金提供了在約1200°-1900°F的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的抗氧化性和抗腐蝕性以及優(yōu)良的機(jī)械性能，從而使葉輪機(jī)噴咀(或其它部件)的修復(fù)區(qū)具有類似于母材合金的機(jī)械特性。
對(duì)本發(fā)明目前被認(rèn)為是最實(shí)際和最佳實(shí)施方案進(jìn)行了描述，應(yīng)理解本發(fā)明并非僅限于已公開(kāi)的實(shí)施方案，相反，它還適合于包括在權(quán)利要求精神和范疇內(nèi)的各種修改方案和等同方案。
權(quán)利要求
1.一種鈷基的高溫釬焊合金，它含有(按重量計(jì))鎳 約 8.5%-12.5%鉻 約 24%-40%鎢 約 0%-9%碳 約 0.03%-0.6%硼 約 0.01%-3.5%硅 約 0.1%-11%錳 最高達(dá) 2%鉿 約 0.1%-3%鉭 約 0.1%-8%鋯 約 0%-1%鈦 0%-約1%鈷 余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的合金，它主要由以下元素組成(按重量計(jì))鎳 10%鉻 29%鎢 7%碳 0.1%硼 2.5%硅 2.5%錳 0.6%鉿 2%鉭 2%鈷 余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的合金，它主要由以下元素組成(按重量計(jì))鎳 10%鉻 29%鎢 3.5%碳 0.1%硼 1%硅 7%錳 0.6%鉿 0.1%鉭 4%鈷 余量。
4.一種修復(fù)鈷基超耐熱合金基材的方法，該方法包括以下步驟(a)制備粉末狀釬焊合金組合物和所述鈷基超耐熱合金粉末的混合物;所述釬焊合金組合物主要由以下元素組成(按重量計(jì))鎳 約8.5%-12.5%鉻 約24%-40%鎢 約0%-9%碳 約0.03%-0.6%硼 約0.01%-3.5%硅 約0.1%-11%錳 最高量達(dá)約2%鉿 約0.1%-3%鉭 約0.1%-8%鋯 約0%-1%鈦 0%-約1%鈷 余量(b)在所述鈷基耐熱合金基材的待修復(fù)部位上真空沉積所述混合物，從而導(dǎo)致所述釬焊合金粉熔融并與所述鈷基超耐熱合金粉和所述鈷基超耐熱合金基材熔合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，它還包括以下步驟(c)熱處理修復(fù)區(qū)以促進(jìn)內(nèi)擴(kuò)散和遷移硼離開(kāi)所述區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述釬焊合金主要由以下元素組成(按重量計(jì))Ni 10%Cr 29%W 7%C 0.1%B 2.5%Si 2.5%Mn 0.6%Hf 2%Ta 2%Co 余量。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述釬焊合金主要由以下元素組成(按重量計(jì))Ni 10%Cr 29%W 3.5%C 0.1%B 1%Si 7%Mn 0.6%Hf 0.1%Ta 4%Co 余量。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述鈷基超耐熱合金基材具有主要由以下元素構(gòu)成的組成(按重量計(jì))Ni 10%Cr 29%W 7%C 0.35%B 0.015%Si 0.1%Mn 0.1%Hf 1%Ta 0.5%Zr 0.5%Ti 0.2%Co 余量。
9.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述基材具有主要由以下元素構(gòu)成的組成(按重量計(jì))Ni 10%Cr 29%W 7%C 0.25%Si 0.9%Mn 0.6%Co 余量。
全文摘要
一種鈷基的高溫釬焊合金，它具有如下組成(按重量計(jì))鎳約8.5％-12.5％，鉻約24％-40％，鎢約0％-9％，碳約0.03％-0.6％，硼約0.01％-3.5％，Si約0.1-11％，錳最高達(dá)約2％，鉿約0.1％-3％，鉭約0.1％-8％，鋯約0％-1％，鈦0％-約1％，余量為鈷。該釬焊合金用于鈷基葉輪機(jī)部件超耐熱合金的修復(fù)。
文檔編號(hào)B23K35/30GK1056645SQ9110341
公開(kāi)日1991年12月4日 申請(qǐng)日期1991年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月18日
發(fā)明者阿德里安·M·貝爾蘭, 小查爾斯·H·克賴舍 申請(qǐng)人:通用電氣公司