具有硅、铝和铬的镍基合金的制作方法
【专利说明】具有娃、锅和絡的镇基合金
[0001] 本发明涉及具有作为合金成分的硅、铝、铬和反应性元素的镍基合金。
[0002] 镍基合金特别用于制造内燃机的点火元件的电极。这些电极经受在400°C和 950°C之间的温度。此外，气氛在还原条件和氧化条件之间切换。这通过在电极表面区域中 的高温腐蚀造成材料破坏或材料损耗产生。点火火花的产生造成进一步的负担（火花侵 蚀）。在点火火花的最低点下产生数千摄氏度的温度，并且在烧穿时在第一纳秒中流过至多 100A的电流。在每次火花放电时电极中的有限的材料体积熔炼并且部分蒸发，这造成材料 损耗。
[0003] 此外，发动机的振动提高机械负担。
[0004] 电极材料应当具有如下性能：
[0005] 针对高温腐蚀，特别是氧化，以及磺化、渗碳和渗氮的良好的抵抗性。然后需要针 对由于点火火花产生的侵蚀的抵抗性。此外，材料应当针对热冲击不敏感并且耐热。此外， 材料应当具有良好的导热性，良好的导电性和足够高的熔点。材料应当可以良好加工并且 廉价。
[0006] 特别地，镍合金具有满足该性能范围的良好潜力。镍合金相比于贵金属较为廉价， 在熔点以下不显示相转变，正如钴或铁，针对渗碳和渗氮相当不敏感，具有良好的耐热性， 良好的耐腐蚀性并且可以良好地变形和焊接。
[0007] 对于两种损伤机制，即高温腐蚀和火花侵蚀，氧化层形成的方式具有特别重要的 意义。
[0008] 为了达到针对具体应用情况的最佳的氧化层形成，在镍基合金的情况下已知不同 的合金元素。
[0009] 如果没有明确的另外注明，下文所有浓度数据以质量％计。
[0010] 通过DE 29 36 312 A1已知镍合金，所述镍合金由如下组成：约0. 2至3%的Si， 约0. 5%或更少的Mn，至少两种选自约0. 2至3% Cr、约0. 2至3% A1和约0. 01至1% Y 的金属，余量为镍。
[0011] 在DE-A 102 24 891中提出镍基合金，所述镍基合金具有1. 8至2. 2%的硅，0. 05 至0. 1 %的钇和/或铪和/或锆，2至2. 4%的铝，余量为镍。
[0012] 在EP 1 867 739 A1中提出镍基合金，所述镍基合金包含1.5至2. 5%的硅，1.5 至3 %的铝，0至0. 5 %的锰，0. 05至0. 2 %的钛结合0. 1至0. 3 %的锆，其中Zr可以完全或 部分由双倍质量的铪替代。
[0013] 在DE 10 2006 035 111 A1中提出镍基合金，所述镍基合金包含1.2至2.0% 的铝，1.2至1.8 %的硅，0.001至0. 1 %的碳，0.001至0. 1 %的硫，至多0. 1 %的铬，至多 0. 01 %的锰，至多0. 1%的Cu，至多0. 2 %的铁，0. 005至0. 06 %的镁，至多0. 005 %的铅， 0. 05至0. 15 %的Y，和0. 05至0. 10%的铪或镧或分别0. 05至0. 10%的铪和镧，余量为镍 和由制备造成的杂质。
[0014] 在平装书"DfSh.te:von ThyssenKrupp VDM Automobilindustrie"（第 01/2006 期）中在第18页描述了根据现有技术的合金-NiCr2MnSi，其具有1.4至1.8%的Cr，至多 0? 3% 的 Fe，至多 0? 5% 的 C，l. 3 至 1. 8% 的 Mn，0. 4 至 0? 65% 的 Si，至多 0? 15% 的 Cu 和至 多 0? 15%的 Ti。
[0015] 本发明的主题的目的是提供镍基合金，通过所述镍基合金可以延长由镍基合金制 备的构件的寿命，这可以通过耐火花侵蚀性和耐腐蚀性的升高同时充分的可变形性和可焊 接性（可加工性）得以实现。合金应当特别具有高的耐腐蚀性，并且即使在极具腐蚀作用 的燃料（例如具有一定份数的乙醇）的情况下仍然具有足够高的耐腐蚀性。
[0016] 通过镍基合金实现所述目的，所述镍基合金包含（以质量％计）
[0017] Si 1. 5-3.0%
[0018] Al 1. 5-3.0%
[0019] Cr>0. 1-3. 0%，其中对于Si、Al和Cr的以％计的含量满足4. 0彡Al+Si+Cr彡8. 0，
[0020] Fe 0? 005 至 0? 20%，
[0021] Y 0? 01-0. 20%，0. 001 至 0? 20% 的一种或多种元素批、21、1^、〇6、!1，其中对于￥、 Hf、Zr、La、Ce、Ti 的以 ％计的含量满足 0? 02 彡 Y+0. 5*Hf+Zr+l. 8*Ti+0. 6*(La+Ce)彡 0? 30，
[0022] C 0. 001-0. 10%
[0023] N0. 0005-0. 10%
[0024] Mn 0. 001-0. 20%
[0025] Mg 0. 0001-0. 08%
[0026] 0 0? 0001 至 0? 010% S 至多 0? 015%
[0027] Cu 至多 0.80%
[0028] 余量为Ni和其它由制备造成的杂质。
[0029] 本发明的主题的优选实施方案来自从属权利要求。
[0030] 硅含量在1. 5和3. 0%之间，其中优选定义的含量可以在伸展范围内调整：
[0031] 1.8 至 3.0%
[0032] 1.9 至 2. 5%
[0033] 同样情况以相同方式适用于含量在1. 5和3. 0%之间的元素铝。优选的含量可以 如下给定：
[0034] 1.5 至 2. 5%
[0035] 1.6 至 2. 5%
[0036] 1.6 至 2. 2%
[0037] 1.6 至 2.0%
[0038] 同样情况以相同方式适用于含量在>0. 1至3. 0%之间的元素铬。优选的含量可以 如下给定：
[0039] 0.8 至 3.0%
[0040] 1.2 至 3.0%
[0041] 1.9 至 3.0%
[0042] 1.9 至 2. 5%
[0043] 对于元素Al、Si和Cr，Si、A1和Cr的以％计的含量必须满足式 4. 0〈A1+Si+Cr〈8. 0。优选的范围如下给定
[0044] 4. 5 ^ Al+Si+Cr ^ 7. 5%
[0045] 5. 5 ^ Al+Si+Cr ^ 6. 8%
[0046] 同样情况适用于含量在0. 005至0. 20%之间调整的元素铁。优选的含量可以如下 给定：
[0047] 0.005 至 0.10%
[0048] 0.005 至 0.05%
[0049] 此外有利的是，在合金中以0. 01至0. 20 %的含量加入钇和0. 001至0. 20 %的一 种或多种元素Hf、Zr、La、Ce、Ti，其中Y、Hf、Zr、La、Ce、Ti的以％计的含量满足0? 02彡Y+ 0. 5*Hf+Zr+l. 8*Ti+0. 6*(La+Ce)彡0. 30。在此，优选的范围如下给定：
[0050] Y 0.01 至 0.15 %
[0051] Y 0.02 至 0.10 %
[0052] Hf、Zr、La、Ce、Ti 分别 0.001 至 0? 15%，其中
[0053] 0. 02 ^ Y+0. 5*Hf+Zr+l. 8*Ti+0. 6*(La+Ce) ^ 0. 25
[0054] Hf、Zr、La、Ce、Ti 分别 0.001 至 0? 10%，其中
[0055] 0? 02 彡 Y+0. 5*Hf+Zr+l. 8*Ti+0. 6* (La+Ce)彡 0? 20
[0056] Hf、Zr、Ti 分别 0.01 至 0.05%或 La、Ce 分别 0.001 至 0? 10%，其中
[0057] 0. 02 ^ Y+0. 5*Hf+Zr+l. 8*Ti+0. 6*(La+Ce) ^ 0. 20
[0058] 碳在合金中以相同方式，更确切地说，以在0. 001-0. 10%之间的含量调整。优选 地，含量可以在合金中如下调整：
[0059] 0.001 至 0.05%
[0060] 同样地，氮在合金中，更确切地说，以在0. 0005-0. 10%之间的含量调整。优选地， 含量可以在合金中如下调整：
[0061] 0.001 至 0.05%
[0062] 元素Mn在合金中可以如下给定：
[0063] Mn 0? 001 至 0? 20%
[0064] 其中优选给定如下范围：
[0065] Mn 0? 001 至 0? 10%
[0066] Mn 0? 001 至 0? 08%
[0067] 镁以0. 0001至0. 08%的含量调整。优选存在这样的可能性，在合金中如下调整所 述元素：
[0068] 0.001 至 0.08%
[0069] 合金可以根据需要以在0. 0001和0. 06%之间的含量包含钙。
[0070] 硫含量限制于至多0. 015%。优选的含量可以如下给定：
[0071] S 至多 0.010%
[0072] 氧含量在合金中以0.0001至0.010%的含量调整。优选可以调整如下含量：
[0073] 0? 0001 至 0? 008%
[0074] 铜含量限制于至多0.80%。优选限制于
[0075] 至多 0.50%
[0076] 至多 0.20%
[0077] 最后还可以给定如下元素作为杂质：
[0078] Co 至多 0.50%
[0079] W 至多 0? 02% (至多 0? 10% )
[0080] Mo 至多 0? 02% (至多 0? 10% )
[0081] Nb 至多 0? 02% (至多 0? 10% )
[0082] V 至多 0? 02% (至多 0? 10% )
[0083] Ta 至多 0? 02% (至多 0? 10% )
[0084] Pb 至多 0.005%
[0085] Zn 至多 0.005%
[0086] Sn 至多 0.005%
[0087] Bi 至多 0.005%
[0088] P 至多 0? 050% (至多 0? 020% )
[0089] B 至多 0? 020% (至多 0? 010% )
[0090] 根据本发明的合金优选开放熔炼，然后在V0D或VLF装置中处理。但是也可以在真 空中熔