專(zhuān)利名稱(chēng)：用于高活性合金的物品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所描述的實(shí)施例大體上涉及用于高活性合金的物品。更 具體而言，本發(fā)明的實(shí)施例大體上描述了可用來(lái)熔化例如鈦鋁合金 的高活性合金的石墨坩鍋。
背景技術(shù)：
感應(yīng)熔煉通常涉及在一個(gè)用非導(dǎo)電耐熔合金氧化物制成的坩鍋 中將金屬加熱，直至坩鍋中的金屬裝料被熔化成液態(tài)。在熔化如鈦 或鋁合金這樣的高活性合金時(shí)，典型情況下采用使用冷壁或石墨坩 鍋的真空感應(yīng)熔煉。然而，在熔化這些高活性合金時(shí)，由于在熔化所需的溫度下合 金的元素會(huì)發(fā)生反應(yīng)，因而造成難度加大。如前面所提，盡管大部 分感應(yīng)熔煉系統(tǒng)在感應(yīng)爐中使用耐熔合金氧化物來(lái)制作坩鍋，但如鈦鋁合金(TiAl)這樣的合金由于活性太高，以致它們可以腐蝕坩鍋 中存在的耐熔合金，從而使鈦合金被污染。例如，典型情況下要避 免使用陶瓷坩鍋，因?yàn)楦呋钚院辖鹂梢源┩港徨仯⑹光伜辖鸨谎?氣污染。同樣地，如果使用了石墨坩鍋，鈦和鋁都可以從坩鍋上溶 解大量的碳到鈦合金中，從而引起污染。這種污染會(huì)造成鈦合金機(jī) 械性能的損失。此外，雖然冷坩鍋熔煉可以給前述的高活性合金處理提供冶金 學(xué)方面的優(yōu)勢(shì)，但是它還是有若干技術(shù)和經(jīng)濟(jì)限制，包括低過(guò)熱， 由于渣殼形成造成的收得率損失，高能量要求以及有限的熔煉容量。 這些限制可限制其商業(yè)生命力。因此，依然存在著對(duì)用于高活性合金熔煉的物品的需要，所述
物品與當(dāng)前應(yīng)用相比要更不易受污染的影響，并且對(duì)當(dāng)前應(yīng)用提出 的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)限制更少。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施例通常涉及用于高活性合金的物品，所述物品包 括有內(nèi)部的石墨坩鍋，在所述石墨坩鍋的內(nèi)部上施加有至少第 一保護(hù)層。本發(fā)明的實(shí)施例還通常涉及用于高活性合金的物品，所述物品 包括有內(nèi)部的石墨坩鍋，在所述石墨蚶鍋的內(nèi)部上施加有至少第一保護(hù)層，并且在第一保護(hù)層上施加有至少第二保護(hù)層。通過(guò)以下公開(kāi)，這些特征以及其它特征，方面和優(yōu)勢(shì)對(duì)于那些 本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將變得明顯。


盡管本發(fā)明以特別指出并清楚要求本發(fā)明的權(quán)利要求作為結(jié) 論，但是應(yīng)該相信，本發(fā)明中提出的實(shí)施例通過(guò)與附圖相關(guān)的下列 描述會(huì)變得更易懂，其中相似的標(biāo)號(hào)表示相似的部件。圖1是根據(jù)本發(fā)明描述的一個(gè)坩鍋實(shí)施例的透視圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明描述的具有至少一層保護(hù)層的坩鍋實(shí)施例的 示意性剖視圖；圖3是按照本發(fā)明描述的具有至少笫一保護(hù)層和第二保護(hù)層的 坩鍋實(shí)施例的示意性剖視圖。零部件清單10 -石墨坩鍋 12 -坩鍋內(nèi)部 14 -坩鍋外部 16 -第一保護(hù)層 18 -第二保護(hù)層
具體實(shí)施方式
本發(fā)明描述的實(shí)施例通常涉及有至少一層保護(hù)層，用于高活性 合金的物品。特別是，本發(fā)明的實(shí)施例涉及有至少一層保護(hù)層的石墨坩鍋，所述保護(hù)層包括如下所述的薄片內(nèi)襯(foil liner)或碳化物涂層。參見(jiàn)附圖，圖1顯示了用于本發(fā)明可接受的石墨坩鍋10的一個(gè) 實(shí)施例。石墨坩鍋10可為任何本領(lǐng)域內(nèi)熟練技術(shù)人員已知的，適合 用于感應(yīng)熔煉的石墨坩鍋。石墨坩鍋10可有容納要熔化合金的內(nèi)部 12和外部14。石墨坩鍋10可用于熔化高活性合金，例如，那些包括鈦元素， 鉿元素，銥元素或錸元素的合金，以及包括鈮元素的先進(jìn)合金，例 如硅化鈮，或包括鎳元素的先進(jìn)合金，例如鎳鋁合金。在一個(gè)實(shí)施 例中，高活性合金可包括鈦鋁合金(TiAl)，且尤其是含有高熔點(diǎn)合 金元素(如鈮，鉭，鴒，和鉬)的TiAl合金。前述鈦合金可通常包 括從約61 wt。/。到約71 wt。/。的鈥，從約25 wt。/。到約35 wt。/。的鋁，而 合金的剩余成分包括高熔點(diǎn)合金元素以及其中的少量任意的碳，硼， 鉻，硅，錳元素以及化合物。本文所用的用語(yǔ)"高活性合金"指的 是在液態(tài)下具有吸收氧氣的高自由能的合金。與之前所描述的當(dāng)使 用石墨坩鍋熔化此類(lèi)高活性合金時(shí)會(huì)發(fā)生的碳污染問(wèn)題相比，由于 坩鍋10內(nèi)部12上所采用的至少第一保護(hù)層16的存在，因此本發(fā)明 的實(shí)施例可以減少熔化金屬污染的發(fā)生，如圖2大體上所示。更特 別的是，第 一保護(hù)層的存在可以將熔化合金碳污染減少到這樣的程 度，即熔化合金可包含最多到約0.015 wt。/。的碳。這既包括任何可在 高活性合金中存在的碳，也包括任何由石墨坩鍋的反應(yīng)所生成的碳。第一保護(hù)層16可包括薄片內(nèi)襯或碳化物涂層。更特別地，在一 個(gè)實(shí)施例中，笫一保護(hù)層16可包括一層由多達(dá)約100%的前述至少 一種高熔點(diǎn)合金元素制成的薄片內(nèi)村，其可包括鈮，鉭，鎢以及鉬。 所述薄片內(nèi)村可沖莫壓進(jìn)坩鍋10的內(nèi)部12，或在預(yù)制后放置就位。一 旦就位，薄片內(nèi)襯可通過(guò)沿坩鍋周?chē)臋C(jī)械變形來(lái)固定其位置。雖 然薄片內(nèi)襯可有任何想要的厚度，在一個(gè)實(shí)施例中，所述薄片內(nèi)襯 的厚度可從約0.005毫米到約2毫米，在另一個(gè)實(shí)施例中該厚度從約 0.005毫米到約1.5毫米，而在又一個(gè)實(shí)施例中從約0.005毫米到約1 毫米。在再一個(gè)實(shí)施例中，所迷薄片內(nèi)襯的厚度可為約0.025毫米。 在這里，所述想要的高活性合金，例如TiAl,就可被放入帶有薄片 內(nèi)襯的坩鍋中并進(jìn)行熔化，通常在從約1370°C (約2500°F )到約1700 °C (約3100°F )的溫度下進(jìn)行。如前所述，與在沒(méi)有內(nèi)襯的坩鍋中熔化的合金中含有的污染量 相比，由此得到的熔化合金可包含較少量的碳污染。這是由于薄片 內(nèi)襯可通過(guò)兩種方式防止熔化合金被污染。首先，所述薄片內(nèi)襯可 作為對(duì)污染的一道屏障，來(lái)首先防止熔化的合金與石墨坩鍋接觸。 其次，所述薄片內(nèi)襯可作為一層犧牲層，使得如果所述薄片內(nèi)襯的 一部分由于暴露在高溫下而熔化時(shí)，不會(huì)污染熔化的合金，因?yàn)樗?述薄片內(nèi)襯是由至少一種熔化的合金本身也包括的高熔點(diǎn)合金元素 組成的。通常，如果薄片內(nèi)襯由于暴露在高溫下而熔化，會(huì)使熔化 合金中鈮，鉭，鴒或鉬的含量在其原有含量的基礎(chǔ)上增加+/-0.1 wt% (約少于或等于本發(fā)明限制)。那些本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員會(huì)理解， 選擇用來(lái)制作所述薄片內(nèi)襯的高熔點(diǎn)合金元素應(yīng)與所述要熔化的高 活性合金中存在的具有最高熔點(diǎn)的高熔點(diǎn)合金元素相同。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一保護(hù)層16可包括一層碳化物涂層，該 碳化物涂層的形成是通過(guò)首先對(duì)坩鍋10的內(nèi)部12施加至少一種前 述高熔點(diǎn)合金元素，即鈮，鉭，鵠及鉬，然后對(duì)其進(jìn)行熱處理，這 樣來(lái)形成的。更特別地，所選擇的高熔點(diǎn)合金元素可通過(guò)任何本領(lǐng) 域的熟練技術(shù)人員熟知的常規(guī)方法施加到坩鍋10的內(nèi)部12，例如通 過(guò)蒸鍍或空氣等離子噴涂。 一旦施加后，所述高熔點(diǎn)合金元素即可 在碳化氣氛中進(jìn)行熱處理，即通過(guò)使用真空熱處理，或通過(guò)在還原 氣氛中加熱容納著高熔點(diǎn)合金元素的坩鍋，從而在坩鍋10的內(nèi)部12 上形成一層碳化物涂層。當(dāng)在坩鍋10中熔化一種高活性合金，如TiAl 時(shí)，與在沒(méi)有涂層的坩鍋中制備的熔化合金相比，所得到的熔化合 金中包含的污染物也會(huì)相對(duì)較少。在一個(gè)實(shí)施例中，與在無(wú)涂層坩 鍋中制備的熔化合金中存在的污染物相比，由于高活性合金與石墨 坩鍋之間的反應(yīng)而產(chǎn)生的碳污染物量可減少至少約50%，在另一個(gè) 實(shí)施例中可減少約60%到約99%,在又一個(gè)實(shí)施例中則減少約75% 到99%。這一污染的減少可歸功于高活性合金與石墨坩鍋之間接觸 的減少。在又一個(gè)實(shí)施例中，石墨坩鍋10可包括至少第一保護(hù)層16以 及第二保護(hù)層18。更具體而言，如果第一保護(hù)層16包括薄片內(nèi)襯， 則第二保護(hù)層18可包括碳化物涂層。作為一種備選方案，如果第一 保護(hù)層16包括碳化物涂層，則第二保護(hù)層18可包括薄片內(nèi)村。不 管第一保護(hù)層16或第二保護(hù)層18中哪一層是薄片層或碳化物涂層， 這兩種層都可以按照前述方式進(jìn)行施加?？赡芟胍瑫r(shí)使用第一保護(hù)層16和第二保護(hù)層18的原因在于， 除了之前描述的每一層能夠單獨(dú)提供的好處之外，所述兩個(gè)保護(hù)層 一起還可以有助于延長(zhǎng)坩鍋10的壽命。此書(shū)面描述使用范例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，包括本發(fā)明的最佳模式， 并使得本領(lǐng)域內(nèi)任何熟練的技術(shù)人員均可以制造和使用本發(fā)明。本 發(fā)明的專(zhuān)利范圍由權(quán)利要求定義，且可包括那些本領(lǐng)域內(nèi)熟練技術(shù) 人員想到的范例。如果此類(lèi)其他范例的結(jié)構(gòu)要件與權(quán)利要求的書(shū)面 語(yǔ)言描述沒(méi)有差異，或如果它們包括的等價(jià)性結(jié)構(gòu)要件與權(quán)利要求 書(shū)面語(yǔ)言描述沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的差異，則此類(lèi)其他范例應(yīng)屬于權(quán)利要求 的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于高活性合金的物品，包括具有內(nèi)部(12)的石墨坩鍋(10)；以及施加于所述石墨坩鍋(10)的內(nèi)部(12)上的至少第一保護(hù)層(16)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的物品，其特征在于，所述物品還包括施加于所述第一保護(hù)層(16)上的至少第二保護(hù)層(18)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的物品，其特征在于，具有所述第 10—保護(hù)層(16)的所述石墨坩鍋(10)用于熔化從包括鈦、鈮、鎳、鉿、銥和錸的元素組中選出的高活性合金。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l， 2或3任意一項(xiàng)所述的物品，其特征在于， 所述笫一保護(hù)層(16)包括薄片內(nèi)襯，其厚度為從約0.005毫米到約 2毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求l, 2或3任意一項(xiàng)所述的物品，其特征在于，所述笫一保護(hù)層(16)包括碳化物涂層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的物品，其特征在于，所述第一保護(hù)層 (16)包括薄片內(nèi)襯，而所述第二保護(hù)層(18)包括碳化物涂層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的物品，其特征在于，所述第一保護(hù)層 20 (16)包括碳化物涂層，而所迷第二保護(hù)層(18)包括薄片內(nèi)村。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4， 6或7任意一項(xiàng)所述的物品，其特征在于， 所述薄片內(nèi)襯由從包括鈮、鉭、鎢和鉬的元素組中選出的高熔點(diǎn)合 金元素制成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5， 6或7任意一項(xiàng)所述的物品，其特征在于， 25所述碳化物涂層是通過(guò)向所述坩鍋的內(nèi)部施加從包括鈮、鉭、鴒和鉬的元素組中選出的高熔點(diǎn)合金元素，然后在碳化氣氛中對(duì)所述高 熔點(diǎn)合金元素進(jìn)行熱處理而形成的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4， 6, 7或8任意一項(xiàng)所述的物品，其特征在于，所述薄片內(nèi)襯由所述高活性合金中具有最高熔點(diǎn)的高熔點(diǎn)合金 元素制成。
全文摘要
一種用于高活性合金的物品，包括石墨坩鍋(10)，所述石墨坩鍋(10)具有內(nèi)部(12)，以及至少一層保護(hù)層(16)，所述保護(hù)層(16)施加于石墨坩鍋(10)的內(nèi)部(12)，其中有第一層保護(hù)層(16)的石墨坩鍋(10)用于熔化高活性合金。
文檔編號(hào)C22C1/02GK101210290SQ20071030660
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者B·P·比萊, M·F·X·小吉利奧蒂, M·J·韋默, T·J·凱利 申請(qǐng)人:通用電氣公司