專(zhuān)利名稱(chēng)：：Ni基耐腐蝕合金和由該合金制成的用于超臨界氨反應(yīng)器的耐腐蝕元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及Ni基耐腐蝕合金，其適用作耐腐蝕性?xún)?yōu)良的材料，該材料用于抑制如在利用例如氨熱發(fā)的氮化物單晶生產(chǎn)技術(shù)中使用超臨界氨流體作為溶劑的反應(yīng)器發(fā)生腐蝕，并且本發(fā)明還涉及由所述合金制成的用于超臨界氨反應(yīng)器的耐腐蝕元件。
背景技術(shù)：
：在依照例如氨熱法的氮化物單晶生長(zhǎng)過(guò)程(參見(jiàn)專(zhuān)利文件l)中，在超臨界狀態(tài)下的氨氣氛(在氨的超臨界點(diǎn)，溫度405.6K和壓力11.3MPa)中，生長(zhǎng)氮化物單晶，例如氮化鎵等。溫度和壓力較高的超臨界氨的腐蝕性非常大；因此，在例如高溫和高壓容器等的反應(yīng)器中，用于抑制腐蝕的對(duì)策非常重要。此外，在生長(zhǎng)氮化物單晶時(shí)添加到所述超臨界氨中的礦化劑(氯基化合物)進(jìn)一步增加了腐蝕性。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了防止腐蝕，提出了一種方法，其中與超臨界流體接觸的裝置部分覆蓋有貴金屬，例如Pt、Ir等，或其合金或氧化物(參見(jiàn)專(zhuān)利文件2和3)。專(zhuān)利文件l:JP-A-2003-277182專(zhuān)利文件2:JP-A-2001-170478專(zhuān)利文件3:JP-A-2002-361069
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問(wèn)題然而，在使用貴金屬的方法中，除了造成裝置制造成本的增加之外，由于在很多情況下，涂層的厚度相對(duì)較薄，其強(qiáng)度也不是那么堅(jiān)固，因此擔(dān)心貴金屬會(huì)破裂而將底層的裝置元件暴露于腐蝕性流體。實(shí)施本發(fā)明是為了克服例如上述的現(xiàn)有問(wèn)題，并且本發(fā)明希望提供在操作超臨界氨的裝置中能夠降低貴金屬的使用量并可以抑制所述裝置不被腐蝕的Ni基耐腐蝕合金，和由所述合金制成的用于超臨界氨反應(yīng)器的耐腐蝕元件。技術(shù)方案也就是說(shuō)，本發(fā)明的Ni基耐腐蝕合金包括15質(zhì)量％或更大50質(zhì)量^或更小的Cn和Mo和W中的任一種或兩種，[(Mo含量)+0.5X(W含量)]為1.5質(zhì)量％或更大8.5質(zhì)量％或更小，以及其余為Ni和不可避免的雜質(zhì)。此外，在本發(fā)明的Ni基耐腐蝕合金中，L8X[Cr的^含量]/([Mo的％含量]+0.5乂[\￥的％含量]}的值為3.0或更大70.0或更小。此外，在本發(fā)明的Ni基耐腐蝕合金中，F(xiàn)e是所述不可避免的雜質(zhì)，并且其含量小于3質(zhì)量％。此外，在本發(fā)明的Ni基耐腐蝕合金中，C是所述不可避免的雜質(zhì)，并且其含量小于0.05質(zhì)量％。此外，本發(fā)明的用于超臨界氨反應(yīng)器的耐腐蝕元件包括所述Ni基耐腐蝕合金。此外，本發(fā)明的用于超臨界氨反應(yīng)器的耐腐蝕元件包括所述Ni基耐腐蝕合金，并且將所述耐腐蝕元件形成為在接觸超臨界氨流體的表面上的涂層。有益效果本發(fā)明的上述Ni基耐腐蝕合金發(fā)揮了優(yōu)良的耐腐蝕性。其中應(yīng)用了所述合金的用于超臨界氨反應(yīng)器的元件表現(xiàn)出對(duì)超臨界氨的優(yōu)良的耐腐蝕性，而且對(duì)添加到超臨界氨中的礦化劑(氯基化合物)也發(fā)揮了優(yōu)良的耐腐蝕性。此外，當(dāng)裝置由在所述在超臨界氨中具有優(yōu)良的耐腐蝕性的Ni基合金構(gòu)成時(shí)，除了所述裝置的安全性和可靠性得以提高之外，還可以降低生產(chǎn)成本，可以延長(zhǎng)所述裝置的壽命，并可以降低運(yùn)行成本。顯示Cr含量和Mo或W含量對(duì)腐蝕速率的影響的圖。[圖2]顯示[(Mo含量)+0.5X(W含量)]對(duì)含Cr的Ni基合金的腐蝕速率的影響的圖。顯示1.8X[Cr含量X]/([Mo含量X]+0.5X[W含量X]〉對(duì)Ni基合金的腐蝕速率的影響的圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的Ni基合金可以通過(guò)熔融、鍛造、軋制或鑄造，然后加工成裝置元件而制成。其制備方法在本發(fā)明中沒(méi)有特別限定?？梢圆捎萌魏我阎姆椒?。本發(fā)明的Ni基耐腐蝕合金可以用于各種應(yīng)用，作為具有優(yōu)良的耐腐蝕性的材料。即，本發(fā)明的合金并不限定于特定的應(yīng)用。然而，如上所述，所述合金對(duì)超臨界氨表現(xiàn)出不能由其它材料得到的優(yōu)良的耐腐蝕性；因此，所述合金可以?xún)?yōu)選用作氨的耐腐蝕元件，特別優(yōu)選用作氨反應(yīng)器，和最優(yōu)選用作超臨界氨反應(yīng)容器。此外，當(dāng)所述合金被用作用于超臨界氨反應(yīng)器的耐腐蝕元件時(shí)，所述合金可以依照適當(dāng)?shù)募庸し椒Ｖ埔詷?gòu)造氨反應(yīng)器，或者可以與其元件結(jié)合構(gòu)成氨反應(yīng)器。所述元件可以不用于整個(gè)超臨界氨反應(yīng)器。即，所述元件可以?xún)H用于例如與超臨界氨流體接觸的表面的部分。此外，所述用于超臨界氨反應(yīng)器的耐腐蝕元件，除了用作反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)材料之外，還可以用作覆蓋材料。即，特別地，所述元件可以作為覆蓋層設(shè)置在與超臨界氨流體接觸的表面上。用于形成所述覆蓋層的方法并不限定于特定的方法，可以是已知方法中的任何一種。例如，可以采用例如堆焊、冷縮配合等的方法。下文中，將描述本發(fā)明的實(shí)施例。在下文中，將描述本發(fā)明中的組分作用及其含量的限定理由。除非另外指出，此處所用的以下含量的單位為質(zhì)量％。Cr:15%或更大且小于50°%在超臨界氨中，Cr形成了Cr氮化物的膜。然而，當(dāng)Mo和W都不被包含時(shí)，由于不能形成穩(wěn)定的保護(hù)膜，因此不能實(shí)現(xiàn)腐蝕抑制作用。當(dāng)添加Mo或W時(shí)，Cr可以形成穩(wěn)定的保護(hù)膜并產(chǎn)生腐蝕抑制作用。因此，Cr的含量必須為15%或更大。然而，當(dāng)其含量為50%或更大時(shí)，加工會(huì)變得困難。因?yàn)橄嗤脑?，?yōu)選地，其下限為20%且上限為30%，和更優(yōu)選地所述下限為23%。Mo和W:[(Mo含量)+0.5X(W含量)]為1.5%或更大且為8.5%或更小那么，在與Cr共存下，Mo和W形成Cr(Mo-W)氮化物膜，其在有助于腐蝕抑制的保護(hù)性方面穩(wěn)定和較大。為此，[(Mo含量)+0.5X(W含量)]必須為1.5%或更大；然而，當(dāng)其含量大于8.5%時(shí)，會(huì)損壞氮化物膜的穩(wěn)定性并喪失腐蝕抑制的優(yōu)點(diǎn)。也可以?xún)H包含Mo和W中的任一種。[(Mo含量)+0.5X(W含量)]的下限優(yōu)選為3%，上限優(yōu)選為8%。1.8X[Cr的％含量]/{[Mo的X含量]+0.5X[W的％含量]}值為3.0或更大且為70.0或更小。當(dāng)所述值小于3.0時(shí)，由于與Cr含量相比，Mo含量或W含量過(guò)大，因此會(huì)損壞保護(hù)膜的穩(wěn)定性。另一方面，當(dāng)所述值大于70時(shí)，由于與Cr含量相比，Mo含量或W含量過(guò)小，因此不能形成穩(wěn)定的保護(hù)膜。因此，理想地，將所述值設(shè)定為3.0或更大且為70.0或更小。優(yōu)選地，所述下限值為5，而上限值為10。Fe:小于3%在下文中，F(xiàn)e作為不可避免的雜質(zhì)被包含，降低了氮化物保護(hù)膜的穩(wěn)定性并損害了耐腐蝕性。因此，F(xiàn)e含量越小越好，理想地，將Fe含量設(shè)定為小于3X，和優(yōu)選為0.5%或更小。C:小于0，05%C作為不可避免的雜質(zhì)被包含，并在晶界中形成了Cr的碳化物降低了耐腐蝕性。因此，C含量越小越好，理想地，將C含量設(shè)定為小于0.05%。其余由Ni和其它不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。在表1中，示出了實(shí)施例3的化學(xué)組成。此外，作為對(duì)比材料，使用了各種類(lèi)型的Ni基合金。從具有所述組成的合金中，依照標(biāo)準(zhǔn)方法制備尺寸為3mmX8mmX16mm的試樣。將各試樣保持在超臨界氨中，由測(cè)試前后所述試樣的重量變化計(jì)算腐蝕速率。在所述測(cè)試中，使用高溫和高壓釜試驗(yàn)裝置，溫度、壓力和保持時(shí)間分別設(shè)定為約500°C、約1100MPa和72hr。在超臨界氨中，添加0.14摩爾％的NH4C1。在圖1中，顯示了Cr含量對(duì)Ni合金的腐蝕速率的影響。當(dāng)所述合金不包含Mo和W時(shí)，由于隨著Cr含量的增加，腐蝕速率也隨之增加，因此發(fā)現(xiàn)僅由Cr制成的材料的腐蝕性質(zhì)變差。然而，在包含Mo或W的材料的情況中，當(dāng)Cr含量超過(guò)20X時(shí)，腐蝕速率降低。特別是，當(dāng)0含量超過(guò)23%時(shí)，腐蝕速率大大降低。發(fā)現(xiàn)使Cr與Mo或W共存是重要的，而Cr單獨(dú)并不能提高耐腐蝕性。在圖2中，顯示了[(Mo含量)+0.5X(W含量)]對(duì)含Cr的Ni基合金的腐蝕速率的影響。當(dāng)[(Mo含量)+0.5X(W含量)]小于1.5%時(shí)，不能提高耐腐蝕性。然而，當(dāng)[(Mo含量)+0.5X(W含量)]為5.0%或更大且為8.0%或更小時(shí)，腐蝕速率顯示為較小的數(shù)值，另一方面，當(dāng)[(Mo含量)+0.5X(W含量)]大于8.5%時(shí)，腐蝕速率增大。在圖3中，顯示了1.8X[CrX含量]/([MoX含量]+0.5X[WX含量]}對(duì)Ni基合金的腐蝕速率的影響。隨著1.8X[Cr^含量]/([Mo^含量]+0.5X[W^含量])的值的增加，腐蝕速率隨之減小，而且，當(dāng)1.8X[Cr^含量]/([Mo^含量]+0.5X[WX含量])值為5.0或更大時(shí)，耐腐蝕性明顯提高。另一方面，當(dāng)1.8X[Cr^含量]/([Mo^含量]+0.5X[W^含量])值大于70時(shí)，耐腐蝕性得到了更大的提高。本發(fā)明的Ni基合金在超臨界氨中最為有效。然而，并不限定于此，本發(fā)明的Ni基合金也可以用于穩(wěn)定或壓力低于臨界點(diǎn)的氨流體中，也可以應(yīng)用于使用氨的各種類(lèi)型的化學(xué)處理器中。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>參照特定的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種改進(jìn)和修正。本申請(qǐng)要求2005年8月25日提出的日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?005-243746的優(yōu)先權(quán)，其整個(gè)內(nèi)容通過(guò)參考引入本文。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的Ni基耐腐蝕合金發(fā)揮了優(yōu)良的耐腐蝕性。其中應(yīng)用所述合金的用于超臨界氨反應(yīng)器的耐腐蝕元件表現(xiàn)出對(duì)超臨界氨的優(yōu)良的耐腐蝕性，而且對(duì)添加到超臨界氨中的礦化劑(氯基化合物)也發(fā)揮了優(yōu)良的耐腐蝕性。此外，當(dāng)一種裝置由所述在超臨界氨中具有優(yōu)良的耐腐蝕性的Ni基合金構(gòu)成時(shí)，可以改進(jìn)所述裝置的安全性和可靠性，而且可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低、所述裝置壽命的延長(zhǎng)和運(yùn)行成本的降低。權(quán)利要求1.一種Ni基耐腐蝕合金，包括15質(zhì)量％或更大～50質(zhì)量％或更小的Cr；和Mo和W中的任一種或兩種，其中[(Mo含量)+0.5×(W含量)]為1.5質(zhì)量％或更大～8.5質(zhì)量％或更小，以及其中其余包括Ni和不可避免的雜質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1的Ni基耐腐蝕合金，其中1.8X[Cr的X含量]/{[Mo的X含量]+0.5X[W的％含量]}的值為3.0或更大70.0或更小。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的Ni基耐腐蝕合金，其中Fe是所述不可避免的雜質(zhì)，并且其含量小于3質(zhì)量％。4.根據(jù)權(quán)利要求13中任一項(xiàng)的Ni基耐腐蝕合金，其中C是所述不可避免的雜質(zhì)，并且其含量小于0.05質(zhì)量％。5.—種用于超臨界氨反應(yīng)器的耐腐蝕元件，其包括權(quán)利要求14中任一項(xiàng)的Ni基耐腐蝕合金。6.—種用于超臨界氨反應(yīng)器的耐腐蝕元件，其包括權(quán)利要求14中任一項(xiàng)的Ni基耐腐蝕合金，其中將所述耐腐蝕元件形成為在接觸超臨界氨流體的表面上的涂層。全文摘要本發(fā)明希望提供對(duì)超臨界氨表現(xiàn)出優(yōu)良的耐腐蝕性并適用于超臨界氨反應(yīng)器的材料。Ni基耐腐蝕合金包括15質(zhì)量％或更大～50質(zhì)量％或更小的Cr，以及Mo和W中的任一種或兩種，其中[(Mo含量)+0.5×(W含量)]為1.5質(zhì)量％或更大～8.5質(zhì)量％或更小，1.8×[Cr的％含量]/{[Mo的％含量]+0.5×[W的％含量]}的值為3.0或更大～70.0或更小，其余為Ni和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，F(xiàn)e含量小于3質(zhì)量％，以及C含量小于0.05質(zhì)量％。該合金用于構(gòu)造超臨界氨反應(yīng)器，或者將該材料涂覆到與超臨界氨流體接觸的表面上。該合金對(duì)超臨界氨和添加到該超臨界氨中的礦化劑表現(xiàn)出優(yōu)良的耐腐蝕性?？梢愿倪M(jìn)裝置的安全性和可靠性，可以降低生產(chǎn)成本，可以延長(zhǎng)裝置壽命，以及可以降低運(yùn)行成本。文檔編號(hào)B01J3/00GK101305107SQ20068003085公開(kāi)日2008年11月12日申請(qǐng)日期2006年8月22日優(yōu)先權(quán)日2005年8月25日發(fā)明者佐藤慎也,山村美彥,西谷信一申請(qǐng)人:溶劑熱結(jié)晶成長(zhǎng)技術(shù)研究組合