184640. lajstromszámú szabadalom • Nikkel bázisú platinacsoportba tartozó adalkékot tartalmazó ötvözet
1 184 640 2 A találmány tárgya platinacsoportba tartozó adalékokat tartalmazó ötvözet, elsősorban komplex nikkel bázisú ötvözet. A nikkel és/vagy kobaltbázisú, úgynevezett szuperötvözetek rendszerint volfrámot, molibdént, titánt, alumíniumot és vasat tartalmaznak. Ezek az ötvözetek igen jó mechanikai szilárdsággal és magas folyáshatárral rendelkeznek magas hőmérsékleten is, ezenkívül pedig igen jó a magashőmérsékletű korrózióállóságuk és az oxidációnak is jól ellenállnak. A nikkelbázisú szuperötvözetek magas hőmérsékleten is megtartott nagy szilárdsága részben a volfrám vagy molibdén, illetve hasonló ötvözőelemek szilárd oldatban kifejtett keményítőhatásának, részben a kiválásos keményedésnek köszönhető. A kiválásos keményedést az intermetallikus y' fázist képező alumínium és titán hozzáadásával lehet elérni, amelyek a mátrixban Ni3(Ti, Al) vegyületeket alkotnak. A kobaltbázisú szuperötvözetek olyan fémkarbidokat tartalmaznak, amelyek elősegítik a másodlagos szilárdságnövelő folyamatokat. Ezekben az ötvözetekben a nagy szilárdság elsősorban az ötvözök szilárd oldat formájában kifejtett hatásának köszönhető. A szuperötvözetek általában igen jó! használhatók korróziós és/vagy oxidáló környezetben, ahol az alkatrészek magas hőmérsékleten nagy igénybevételnek vannak kitéve. Ilyen anyagokat alkalmaznak például az üvegiparban az üvegszálak előállításánál. A szigetelőanyagként felhasznált üvegszálak gyártásakor a felhasznált anyagok igen jó magas hőmérsékleti szilárdsággal kell hogy rendelkezzenek, és emellett szükséges a magas folyáshatár és a különleges korrózióállóság. A korrózióállóság ez esetben főként az üvegben jelenlévő elemek, például bór és nátrium az üvegolvadék hőfokán kifejtett erős korróziós hatása miatt szükséges. Hasonló igénybevételnek vannak kitéve, és ezért szuperötvözetekből kell készüljenek például turbinák forgőkerekei, lapátjai és hasonló gépalkatrészek. A hajókban alkalmazott gázturbinák például jellegzetesen kis fűtőértékü tüzelőanyaggal működnek, ezek a fűtőanyagok pedig viszonylag nagy mennyiségben tartalmaznak ként. Ennek megfelelően az alkalmazott anyagok magashőmérsékletű korrózióállósága rendkívül fontos., A sugárhajtású repülőgépek gázturbinái ugyanakkor általában magas fűtőértékű tüzelőanyagokkal működnek, ami viszont megköveteli, hogy a felhasznált szer kezeti anyagok magas hőmérsékleten az oxidációnak jól ellenálljanak. A szuperötvözetek további felhasználási területe a fűtőanyagipar, elsősorban a szén elgázosító üzemek amelyek napjainkban fokozott jelentőségre tesznek szert, részben az olajválság miatt, részben pedig, mert a szén a földkéregben jóval nagyobb mennyiségben van jelen, mint bármely más ásványi tüzelőanyag. A szén elgázosításának számos módszere ismeretes, ezek túlnyomó része azonban két klasszikus eljáráson alapszik. Az eljárások lényege, hogy a szénhez hidrogént adnak és ily módon mintegy 90%-ban metánból álló gázt állítanak elő. Az első eljárás szerint a szenet gőzzel reagáltatják és így generátorgázt, azaz hidrogént és szénmonoxidot állítanak elő, amelyekből azután katalitikus úton metánt készítenek. A szén—gőz reakció erősen endoterm és ige í magas hőmérsékleten játszódik le. A felhasznált berendezés a magas hőigénybevétel mellett eróziónak is ki 2 van téve a gázáramban lévő szilárd részecskék hatása következtében. A másik eljárás szerint a szenet hidrogénezéssel alakítják közvetlenül metánná. Az eljárás egyik foganatosítási módjánál a porított és előkezelt bitumenes szenet mintegy 1000 °C-on, nagy nyomáson reagáltatják forró, nyers hidrogénben dús gázzal, amely jelentős mennyiségben gőzt is tartalmaz. A szén előkezelése enyhe felületi oxidálásból áll, annak érdekében, hogy megakadályozzák az agglomerációt a hidrogénezés során. Az ismertetett alkalmazási területeken és természetesen még ezenkívül számos egyéb területen is lényegében nélkülözhetetlenek a szuperötvözetek. A technológiai fejlődés következtében azonban a felhasznált anyagokkal szemben egyre nagyobb követelményeket állítanak. Kitűnt, hogy a szuperötvözetek alkalmazásának határt szab a hőmérséklet, minthogy körülbelül 1000 °C-nál a folyáshatár csökkeni kezd, a 7' fázisnak 7 fázissá történő visszaoldódása következtében. Ennek a hátrányos jelenségnek a kiküszöbölésére az 1.520.630 számú brit szabadalmi leírás olyan szuperötvözetet javasol, amely az említetteken kívül egy vagy több platinacsoportba tartozó ötvözőelemet is tartalmaz. Platinacsoportba tartozó ötvözőclemek hatására növekszik az ötvözet magashőmérsékleti szilárdsága és folyáshatára, minthogy ezek az elemek szilárd oldat formájában keményítő hatást fejtenek ki, és ugyanakkor növekszik az a hőmérséklet határ is, amelynél megkezdődik a y fázis visszaoldódása. Emellett javul a magashőmérsékleti korrózióállóság és az oxidációs ellenállás, amelyek a felületi oxidstabilitás és a szemcsehatáron történő anyagvándorlás függvényei. Vizsgálataink azt mutatták, hogy az említett brit szabadalmi leírás által javasolt megoldás a problémát csak részben oldja meg. Jóllehet a felületi oxidstabilitás javul, a szemcsehatáron történő anyagvándorlás megakadályozása nem minden esetben elég hatékony. Javasoltak a probléma megoldására olyan nikkelbázisú, diszperziósán szilárdított ötvözeteket, amelyek növelik a folyáshatárt. Ezek az ötvözetek azonban nem tartalmaznak 7 fázist, így alacsony hőmérsékleti folyáshatáruk nem megfelelő és ugyanakkor a korrózióállóságuk és oxidációs tulajdonságaik nem kielégítőek magas hőmérsékleten. Olyan ötvözetek is ismertek, amelyek mind kiválásos 7 fázist, mind diszperziós oxid-fázist tartalmaznak, ezek azonban lényegében csupán a mechanikai szilárdság növelését eredményezték. A jelen találmánnyal tehát olyan ötvözetek kialakítása a célunk, amelyek a korábbiaknál fokozottabb magashőmérsékleti korrózióellenállással rendelkeznek és az oxidációnak is fokozottan ellenállnak. A fenti tulajdonságokat elsősorban a szemcsehatárok mentén történő anyagáramlás megakadályozásával kívántuk elérni. A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy az ötvözetet az alábbi alkotókból alakítottuk ki: 5-25 súly % króm 2— 7 súly% alumínium 0.5-5 súly % titán 0,01-3 súly % ittrium és/vagy szkandium 3- 15 súly % platina, palládium, ródium, irídium, ozmium és ruténium, valamint a maradék nikkel. Úgy találtuk, hogy a találmány szerinti ötvözet alkalmas üvegolvadékok kezelésére, például üvegszálak gyár-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
