一种耐高温耐腐蚀合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属材料技术领域，具体的是一种基耐高温耐腐蚀合金及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 高温合金分为三类材料：760°C高温材料、1200°C高温材料和1500°C高温材料，抗 拉强度800MPa。一般是在760-1500°C以上及一定应力条件下长期工作的高温金属材料，耐 腐蚀金属材料是指在腐蚀性介质中所具有的抵抗介质侵蚀的能力，由于航空、舰艇和工业 用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、高压压气机盘和燃烧室等高温部件的工作环境 都是高温、易受腐蚀的，所以同时具备耐高温、耐腐蚀的合金材料是这些特殊工作环境必备 的。
[0003] 目前，耐高温耐腐蚀合金分为三类，铁基合金（不锈钢）、镍基合金、钴基合金， 铁基高温合金是奥氏体不锈钢发展起来的，含有一定量的铬和镍等元素。它是中等温度 (600~800°C)条件下使用的重要材料，具有校核的中温力学性能和良好的热加工塑性，合 金成分比较简单，成本较低。主要用于制作航空发动机和工业燃气轮机上涡轮盘，也可以制 作导向叶片、涡轮叶片、燃烧室，以及其他承力件、紧固件等。另一用途是制作柴油机上的废 气增压涡轮。由于沉淀强化型铁基合金的组织不够稳定抗氧化性较差，高温强度不足，因而 铁基合金不能在更高温度条件下应用。
[0004] 镍基超耐热合金，是以镍为基体（含量一般大于50% )、在650-100°C范围内具有 较的强度和良好的抗氧化性、抗燃气腐蚀能力的高温合金。
[0005] 镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因，一是 镍基合金中可以溶解较多的合金元素，且能保持较好的稳定性；二是可以形成共格有序的 A3B型金属间化合物y'-[Ni(Al，Ti)]相作为强化相，使合金的得到有效的强化，获得比铁 基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是很含铬的镍基合金具有比铁基高温合金 更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐 蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可以分为固溶强化合金和沉 淀强化合金：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬、钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界 强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等。镍基合金是目前发展的比较成熟，综合方面应用范围 较广的合金。
[0006] 钴基超耐热合金是含钴量40% -65%的奥氏体高温合金，在730-1100°C下，具有 一定的高温强度、良好的抗热腐蚀和抗氧化能力。用于制作工业燃气轮机、舰船燃气轮机的 导向叶片等。钴基合金的发展应考虑钴的资源情况。钴是一种重要的战略资源，世界上大 多数国家缺钴，以至于钴基合金的发展受到限制。
[0007] 综上，目前合金材料领域中，铁基合金不能在更高温度下使用，钴基合金中钴元素 需要从矿床中开采出来，属于自然资源，资源不易获得、量少，导致成本过高，所以不利于规 模化的普通工厂生产，镍合金属于综合性能比较合适的合金，因此，合金领域中需要丰富合 金的种类，使合金作为原材料制作铸件时，降低成本。
【发明内容】
[0008]为解决现有技术中铁基合金的耐高温性不理想、钴基中钴元素资源量少不易获 得、成本高的缺陷，本发明公开了一种耐高温耐腐蚀合金，以铁为原材料基础，提高铁基合 金耐高温耐腐蚀性能，且组成合金的成分均采用易获取的成分，降低组成合金的成本。
[0009]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明公开的一种耐高温耐腐蚀合 金，其原材料包括Fe、SiC、C、Nd、Mg、Mn、Ni，各成份在原材料中的质量百分比分别为SiC和 C均为1%~5%，Nd5%~10%，Mg、Mn均为1%~10%，Nil0%~20%，余量为铁；一般在 铁基合金中，添加镇、钻、钼等金属提尚铁基合金的耐尚温性能，但由于金属镇、钻、钼价格 较高导致原材料成本居高不下，本发明采用添加SiC、Mg、Mn取代金属镍、钴、钼等金属的用 量，在将原材料成本降低的同时，依然能够提高耐高温性能，碳化硅（SiC)是用石英砂、石 油焦（或煤焦）、木肩（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成， 碳化硅化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，通常被用作耐磨料使用，将 碳化硅添加进铁基合金原材料体系中，能够取代镍、钴、铂等金属的用量，提高铁基合金的 耐高温和耐腐蚀性能，从而降低合金成本的同时，使铁基合金可以在更高温度条件下应用， 并具有增强合金的强度的作用，上述成分混合熔炼共同作用提高合金的耐高温、耐腐蚀性 能。
[0010] 进一步的，为了增强合金的抗氧化性能，提高耐腐蚀性能，本发明的合金原材料还 包括B203、氧化纪、氧化钪，B203在原材料中的质量百分比为1 %~5%，氧化纪和氧化钪在 原材料中的质量百分比均为1%~3%。
[0011] 进一步的，为了增强合金的强度，本发明的合金原材料还包括W、铼，W在原材料中 的质量百分比为5 %~10 %，铼在原材料中的质量百分比为5 %~8 %。
[0012] 本发明还公开了采用上述合金原料制备合金的方法，在二氧化碳、氟化硫气体保 护下，将制备合金的原材料经固溶热处理得到合金，所谓固溶处理，是指将合金加热至第二 相能全部或最大限度地溶入固溶体的温度，保持一段时间后，以快于第二相自固溶体中析 出的速度冷却，获得过饱和固溶体的过程，上述合金原材料从现有方法中选择固溶热处理 制备出合金，此方法与其他电解、在铁水中溶解得到合金的方法相比，原材料中的各成份可 以很好的融合，易于熔炼形成合金。
[0013] 优选的，在固溶热处理过程中，分为四个阶段，第一阶段：将原材料加热至500~ 600°C，恒温保持1~2h，此时用于使B203达到熔融态，使B203与其它原材料更易融合；第二 阶段：将原材料加热至900~1000°C，恒温保持1~2h，此时用于将金属Mg达到熔融态，易 于与其它成分混合融合；第三阶段：将原材料加热至1600~200(TC，此时通入氧气恒温保 持5~7h，此时使Nd、Fe、SiC、氧化钇、氧化钪达到熔融态，与其他成分混合融合，另外通入 氧气是为了脱除碳，第四阶段：原材料加热至2500~3400°C，此时是为了将C、W、铼达到熔 融态，将所有成分都混合融合，然后迅速冷凝得到合金。
[0014]综上，本发明的有益效果是，本发明采用成本低的成分降低金属镍、钴、铂等贵金 属的用量，以此来降低合金原材料的成本，又能够提高铁基合金的耐高温、耐腐蚀性能，使 铁基合金工作温度由600~800°C提高至800~900°C。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合具体实施例对本发明做出进一步的描述。
[0016] 实施例一：本发明公开的一种耐高温耐腐蚀合金，原材料包括如下成分：
[0017] 成分名称 在原材料中的质量百分比 Fe 40% SiC 5% C 5% Nd 10% Mg 10% Mn 10%
[0018] Ni 20%
[0019] 将上述原材料在二氧化碳、氟化硫气体保护下进行固溶热处理得到合金。所谓固 溶处理，是指将合金加热至第二相能全部或最大限度地溶入固溶体的温度，保持一段时间 后，以快于第二相自固溶体中析出的速度冷却，获得过饱和固溶体的过程。
[0020] 本发明采用低成本的碳化硅、镁、锰等替代镍、钴、铂等金属的使用量，使铁基合金 原材料成本降低，但是能够提高铁基合金的耐热性能、耐腐蚀性能。
[0021] 以下通过将本发明制成的合金试样浸渍在740°C熔融铝液中，进行腐蚀性试验，采 用现有技术的检测方法，浸渍6h后，通过扫描电镜、能谱仪分析腐蚀相的组织，用溶解度来 评价合金的腐蚀性能：
[0023] 注：溶解度为多次平行试验的平均值。
[0025] 注：溶解度为多次平行试验的平均值。
[0026] 从上述表格可以明确，本发明合金耐腐蚀性能强，虽然现有技术中Fe、Ni、Cr、Co 合成的合金与本发明合金的耐腐蚀性能相似，但是由于Ni、Cr、Co金属价格高，所以存在成 本尚的缺陷，本发明添加的碳化娃等不仅价格低廉，还具有能够提尚耐腐蚀性能的效果。
[0027] 采用现有技术检测本发明合金耐高温性能，本发明合金可在800~900 °C条件下 工作。
[0028] 实施例二：本发明公开的一种耐高温耐腐蚀合金，其原材料体系如下：
[0029] 成分名称 在原材料中的质量百分比 Fe 71% SiC 1% C 1% Nd 5% Mg 1% Mn 1% Ni 10% B2O3 5%
[0030] 氧化钇 3% 氧化钪 2%
[0031] 制备上述合金的方法在二氧化碳、氟化硫气体保护下进行固溶热处理得到合金。
[0032] 本发明添加B203、氧化钇、氧化钪氧化物，使合金增强抗氧化性能，从而进一步提 高耐高温性能以及耐腐蚀性能，本发明的合金经常规耐高温测试方法检测，可以在800~ 900 °C条件下工作。
[0033] 以下通过将本发明制成的合金试样浸渍在740°C熔融铝液中，进行腐蚀性试验，采 用现有技术的检测方法，浸渍6h后，通过扫描电镜、能谱仪分析