专利名称：带有改善的高温性能的掺杂铱的制作方法
带有改善的高温性能的掺杂铱 本发明涉及用钼和铪掺杂铱或铱-铼合金。WO 2004/007782中作为铱的多种用途之一列举了用于晶体培养的坩埚。其 描述了含有钨和/或锆的铱合金，该合金另外含有0.01至0.5重量％的其它元素如钼和铪及如有可能o.oi至io重量y。的钌。该文献中还提到，添加这些额外的元素本身并不是有效的。US 4,444,728描述了带有1至15重量％铼含量的铱-铼柑埚。根据US 3,918,965，舰掺杂0.65至0.93重:1%的铪，铱的机械性能将大大改善。本发明的任务在于，基于铱对于氧化性熔融物优秀的抗腐蚀能力来提高抗 蠕变能力及持久强度，改善机械负荷下的特性，以及减少重结晶过程中粗颗粒 的形成。该任务通过权利要求1中的特征来解决。 优选的实施及应用在接下来的权利要求中描述。为了提高在180(TC时的持久强度，向铱或铱-铼合金掺杂至少50ppm的钼 及至少5ppm的铪，其中钼和铪的总数在200ppm与1.2重量％之间，尤，0.02 与0.7重量％之间。如果钼和铪的总劍氐于200ppm，依据本发明的效果将消失。超过1.2重量 %时，加工将变得困难。为了达到依据本发明的效果，对于高的钼含量，5ppm 的铪已经足够。对于低的钼含量，铪的浓度不能超过0.6重量％，以此保持合金 的可加工性。由此提供了由铱及如有可能还有铼组成的、掺杂了钼和铪的合金。 由生产过程导致的普遍的污染在这里不做进一步考虑。同时该污染又尤其 与其它贵金属或坩埚物质有关，坩埚材料又在铱的生产过程中反过来污染铱。 经证明合金组分纯度为99重量％，尤其99.9重量％以及尤其优选为99.99重量 %。在优选的实施中，钼的含量为0.01至0.8重量％，尤其为0.02至0.3重量%的钼；并且铪的含量为0.001至0.4重量％，尤其为0.01至0.2重量％的铪。 由此在重结晶的过程中粗颗粒的形成被明显减缓并且抗蠕变能力及持久强度升高。在机械负荷下该掺杂铱对氧化性的熔融物显示了明显改善的性能。 在具有至少85重fiy。Ir、优选最多8重量％铼、尤其0.1至5重ST。Re的铱-铼合金中，同样的成分对于减少通过重结晶过程形成粗颗粒及高温稳定性具有更为有效的结果。在其它4腿的实施中，钼与铪的重量比为3:1至l:l，尤其为2.5:1至1.5:1。 为了生产按照本发明的合金，已证明在电弧中生产出IrMo和IrHf预备合金。该预备合金按与目标合金成比例地被投入到铱的熔融物中并被铱熔融物浇铸。在Ir熔S虫物中还可以另外引入Re。 接下来根据实施例对本发明进衍兑明。1. 掺杂了 0.05重1%钼的铱通过掺杂0頻重*%的铪来改善雜腦'c时的持久^it。这禾中改善效果在掺杂Hf的量在o.op/。至o.1重fiy。时最为显著。铪掺^ 过0.5重*%时合金的可加工性将变差。2. 掺杂有0.3重量y。铪的铱il31掺杂0.01重量％钼提高在180(TC时的持久 强度。iffil掺杂在0.02至0.3重量y。之间的Mo，该持久^it会被进一步明显改 善。当掺杂了超过0.8重gy。Mo时，合金的可加工性将变差。3. 如果在J^实施例中用含有o.1重sr。铼、i重1%铼和8重量％铼的铱-铼合金来代,，那么可以确定在斷氐缩孔形成倾向的同时，其高温稳定性得到进一步的提高，其中用i重fir。铼得至嘬好的效果。掺杂舰8重sr。铼时，合金的可加工性将变差。实施例按照本发明的铱合，过将预备合金与Ir 一起再熔化得到。 IrHfl与IrMol预备合金在电弧中生产。在这里，；ltik过程按照以下步骤在带有w-电极的电弧装备中进行 称量99glr和lgHf 将其填入水7賴卩的Cu-金属型模中*抽真空 300mbar氩气冲扫 点燃电弧并熔化合金4 多次再;)^^来得到均相的合金。对于IrMol相应重复上述工艺。在合金熔融物的生产^l呈中，需要时添加Re并将两种预备合金浸入Ir熔 融物中来阻碍合金组分的氧化。为此，预备合金借助由锆氧化物制成的棒导入 铱熔融物中并保持不漂浮的状态。3kg由Ir-l%Re-0.04%Mo-0.02%Hf构成的合金tt;气氛下被诱导烙化并根 据常规实践浇铸到尺寸为20mmX70mmX100mm的铜制金属型模中。与纯铱 制的情况相比，铸块能普遍明显地观察到形成较少的缩孔。铸块根据常规实践 被热锻造并热碾薄至厚度lmm，其中铸块在每个碾压针之前都被加热到1400 °C。合金在热成形时的表现与纯铱相似的好。与纯铱相似，在成形之后进行20 辦中/140(TC最终退火。金相磨片研究表明其含有平均颗粒大小为0.095mm的均 匀重结晶结构。从该Ir合金板上切下一i央样品并将其在140CTC时储存100小时。在金相磨 片中确定了平均颗粒大小为O.llmm的均匀重结晶结构。从同一块Ir合金板上切下3块样品用于耐久试验。在180(TC时对该样品施 加16.9MPa的负荷ffl应于纯铱得出10.0小时的耐久时间的负荷一并在 Ar/H2 95/5气氛中进行测试。每一样品到达断裂时所用时间依次为15.4; 16.6; 和18.8小时。具有同样的合金组成的另一块铸块被熔化并成形为2.4mm厚的板。从该板 M51深冲生产出一个具有外径为50mm和高度为60mm的圆柱形坩埚。在成形 时该合金的表现与纯Ir相似。使用该坩埚按照Czochralski方法培养一种由钕-钇-铝石榴石组成的单晶。由Ir-0.3%Mo-0.04%Hf合金制成的铸块以相似的方法熔化，浇铸并成形为 lmm-板。在最终退火后该板具有平均颗粒大小为0.3mm的均匀重结晶结构。将样品在140(TC下额外退火100小时后确定其具有平均颗粒大小为0.6mm 的均匀重结晶结构。在180(TC、 16.9MPa的负荷下进行的耐久实验中测出3个样品的耐久时间 分别为12.0; 12.6及13.1小时。由Ir-3%Re-0.05%Mo-0.03%Hf合金制成的铸块以相似的方法熔化，浇铸并 成形为lmm-板。在最终退火后该板具有平均颗粒大小为0.075mm的均匀重结晶结构。将样品在140(TC下额外退火100小时后确定其具有平均颗粒大小为 0.09mm的均匀重结晶结构。在1800°C、 16.9MPa的负荷下进行的耐久实验中测出3个样品的耐久时间 分别为18.h 19,7及20.9小时。具有同样的合金组成的另一i央铸块被熔化并成形为2.4mm厚的板。从该板 fflil热深冲生产出一个外径为30mm和高为35mm的圆柱形坩埚。与纯铱相比， 其在成形时需要更大的力。同样，该柑埚与纯铱相比通常需要经受一个中间退 火的过程(10併中/140(TC)。除此之外该成形过程运行得毫无缺陷。使用该坩埚按照Czochralski方法由氧化铝熔融物中培养蓝宝石单晶体。对比例由纯铱制成的lmm厚板上的样品经过碾压及最终退火20射中/140(TC后在 金相磨片中进行研究。该样品显示平均颗粒大小为0.7mm的均匀重结晶结构。来自同一块Ir板上的另一个样品在最终退火后在140(TC时继续储存100小 时并进行金相研究。该样品显示部分为粗颗粒结构的重结晶结构。颗粒大小不 均匀地分布在lmm与2mm之间。来自同一块Ir板的IO个样品在最终退火后在180(TC时于Ar/H2 95/5的气 氛中被施加6至25MPa间的不同载荷并得出*样品在到达断裂时所需时间。 在16.9MPa的负荷下得出的到达断裂的时间为10.0小时。
权利要求
1.铱合金，其由至少85重量％的铱、至少0.005重量％的钼、0.0005至0.6重量％的铪及可能还有铼构成，其中钼和铪的总量在0.02至1.2重量％之间。
2. 权利要求1的铱合金，其特征为0至8重*%的铼，0.01至0.8重量％ 的钼及0.002至0.4重#%的铪。
3. 权利要求l或2的铱合金，其特征在于含有O.l至5%的铼。
4. 权利要求1至3之一的铱合金，其特征在于含有0.02至0.3重量％的钼。
5. 权利要求1至4之一的铱合金，其特征在于含有0.002至0.2重1%的铪。
6. 生产，权利要求之一的铱合金的方法，其特征在于，IrMo和IrHf预 备合金在电弧中生产并如有可能与Re —起浸入铱的熔融物中。
7. 由权利要求1至6之一的铱合金制成的坩埚、浴器或玻璃加工工具。
8. 权禾腰求7的坩埚用于由高熔氧化性熔融物、尤其氧化铝或钕-钇-铝石 榴石中培养晶体的用途。
9. 权利要求7的坩埚、浴器或玻璃加工工具用于生产高熔玻璃的用途。
全文摘要
本发明涉及一种由至少85重量％的铱、至少0.005重量％的钼、0.0005至0.6重量％的铪及可能还有铼制成的铱合金，其中钼与铪的质量分数的总和在0.02至1.2％之间，以及一种生产该铱合金的方法，其中IrMo及IrHf预备合金在电弧中生产并如有可能与Re一同浸于铱的熔融物中。
文档编号C22C5/04GK101263238SQ200680024661
公开日2008年9月10日 申请日期2006年7月7日 优先权日2005年7月11日
发明者B·费希尔, F·D·卢普顿, H·曼哈特, M·科克, R·韦兰德, T·米勒 申请人:W.C.贺利氏股份有限公司