一种镍基合金及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明总体涉及耐腐蚀材料领域，更具体地，涉及一种镍基合金及其应用。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济的日益发展，城市规模的不断增大以及我国工业生产中制药业及印 染业企业的不断增多，城市污水、污泥处理的问题显得越来越突出，工业生产产生的大量 酸、碱性污染物也越来越多。
[0003] 当水的温度和压力超过临界点值（374. 3°C，22. 05MPa)时，体系中的水就被称作 "超临界"的水，通常将温度超过374°C，且压力高于22. 05Mpa (诸如23Mpa)的水环境称为超 临界水环境。目前，可应用于超临界水氧化装置的材料多为镍基合金，其中最为普遍的是耐 腐蚀哈氏合金C-276及镍基合金Inconel625。其中，C-276的组分为：铬：15. 0%~16. 5%， 铁：4. 0% ~7. 0%，钥：15. 0% ~17. 0%，钨：3. 0% ~4. 5%，钒：0? 1% ~0? 3%，碳：< 0? 01%，锰： < 1. 0%，硅：< 0. 08%，钴：< 2. 5%，磷：< 0. 015%，硫：< 0. 01%，其余为基材镍。在达到水 的超临界点之后，磷酸盐自身在超临界水环境中对材料的电化学腐蚀减弱。这是由于磷酸 盐在此温度段大部分不以离子形式存在，而是以盐类形式析出或以腐蚀产物形式存在。然 而，反应产生的活性自由基以及附着在镍基合金表面的磷酸盐都对合金材料的钝化膜具有 较强的垢下腐蚀作用。超临界水处理设备中广泛使用的材料为Inconel-625及C-276合 金，但在380~550°C范围内，这两种材料耐磷酸盐腐蚀的性能并不理想。尤其在处理某些 市政污泥的时候，原料中高浓度的磷酸盐加剧了材料的腐蚀，缩短了材料的使用周期。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的材料在超临界水氧化环境中耐腐蚀性能差的缺点，本发明提供 了一种镍基合金，包括：
[0005] 铬，27% (重量）~32% (重量）；
[0006] 鹤，1. 1% (重量）~1. 9% (重量）；
[0007]铝，3. 5% (重量）~5. 5% (重量）；
[0008] 钛，1. 8% (重量）~2. 3% (重量）；
[0009] 铁，2. 0% (重量）~4. 0% (重量）；
[0010] 铜，3. 0% (重量）~5. 5% (重量）；
[0011] 基材为镍
[0012] 根据一些实施例，铬的含量为27. 4% (重量）~31. 5% (重量)。
[0013] 根据一些实施例，错的含量为3. 6% (重量）~5. 3% (重量)。
[0014] 根据一些实施例，铁的含量为2. 2% (重量）~3. 7% (重量)。
[0015] 根据一些实施例，铜的含量为3. 3% (重量）~5. 0% (重量)。
[0016] 根据一些实施例，镍基合金还包括碳和/或娃，其中，碳的含量小于或等于0. 05% (重量)，硅的含量于或等于0.2% (重量)。
[0017] 本发明的另一个方面包括上述镍基合金在腐蚀环境中的应用。
[0018] 在一些实施例中，腐蚀环境为超临界水氧化环境。
[0019] 在一些实施例中，超临界水氧化环境的pH值介于4至7之间。
[0020] 在一些实施例中，超临界水氧化环境中包含浓度介于0. 116g/L至0. 348g/L的磷 酸根离子。
[0021] 在一些实施例中，超临界水氧化环境的温度介于380°C至550°C的范围内。
[0022] 本发明的镍基合金在超临界水氧化环境中具有良好的耐腐蚀性能，尤其是在含有 磷酸根离子的超临界水氧化环境中表现出了优异的耐腐蚀能力。
【具体实施方式】
[0023] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024] 在本发明的实施例中，铬在高温合金奥氏体基体中的一种十分重要的作用是形成 三氧化二铬型氧化膜，该氧化膜使高温合金部件具有良好的抗氧化性和耐热腐蚀性能。因 此本发明的镍基合金加入含量控制在27% (重量)至32% (重量)的范围内的铬，以改善镍基 合金在氧化性介质中的耐腐蚀性，其中氧化性介质包括氧化性酸、氧化性酸性盐，氧化性碱 性盐等。为改善本发明镍基合金的加工性能，可以将铬的含量优选地控制在27. 4% (重量） 至31. 5% (重量)的范围内。在不同环境中，改善镍基合金耐腐蚀性的临界铬含量有所不同， 但本发明中所选取的铬的含量均可以有效的使本发明的镍基合金在腐蚀环境中具有良好 的耐腐蚀的效果。此外，高温合金奥氏体基体中的铬引起晶格畸变，使奥氏体固溶体的强度 提高，起到固溶强化的作用。铬还可以降低固溶体堆垛层错能，使高温持久强度明显提高。
[0025] 钨原子半径较大，在本发明的镍基合金中主要起到固溶强化的作用，因此，在本发 明的镍基合金中将钨的含量控制在钨1. 1% (重量）1. 9% (重量）的范围，从而使在高温合金 基体中引起的晶格畸变明显膨胀，形成较长的长程应力场，同时产生组织位错运动，并使屈 服强度明显提高。在本发明的镍基合金中，钨明显降低奥氏体基体的层错能，可有效的改善 高温合金的蠕变性能。
[0026] 铝是高温合金中形成镍铝加强相的基本组成元素，因此在本发明的镍基合金中加 入含量控制在3.5% (重量)至5.5% (重量)的范围内的铝，从而使得合金中的铝部分进入Y 固溶体，起到固溶强化作用，另一部分进行沉淀强化。另外，铝有显著提高合金高温抗氧化 性能的作用，在腐蚀环境中，铝形成致密的三氧化二铝氧化膜，并阻隔氧原子的扩散，以提 高合金的抗氧化和抗热腐蚀性能。在本发明的镍基合金中，铝的优选含量控制在3. 6% (重 量）至5. 3% (重量）的范围内。
[0027]在本发明的一些实施例中，将钛的含量控制在1. 2% (重量)~1. 9% (重量）的范围 内，以使钛可以在高温合金中形成强化相。在本发明的镍基合金中，部分钛原子进入Y固 溶体中，从