TW200839166A - Articles for use with highly reactive alloys - Google Patents

Description

200839166 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本文所述具體實例槪括地關於使用於高反應性合金上 之物件。更特別者，本文中的具體實例槪括地述及可用於 熔化高反應性合金諸如鋁化鈦的石墨坩堝。 【先前技術】 感應熔化通常包括將金屬於非傳導性耐火合金氧化物 製成的坩堝中加熱直到坩堝內的金屬裝塡物完全熔化爲液 體形式爲止。當熔化高度反應性金屬例如鈦或鈦合金時， 典型地採用使用冷牆或石墨坩堝的真空感應熔化。 不過，當熔化此等高反應性合金時，由於合金中元素 在熔化所需溫度下的反應性，可能出現種種困難。如前面 提及者，雖然大多數感應熔化系統中使用耐火性合金氧化 物作爲感應爐中的坩堝，不過諸如鋁化鈦（TiAl)之合金係 高反應性，使得彼等可能侵蝕坩堝中所含的耐火性合金， 並因而污染鈦合金。例如，陶瓷坩堝係典型地要避免者， 因爲高反應性合金可能破壞坩堝並使鈦合金受氧污染，類 似地，若採用石墨坩堝，鈦和鋁化物兩者可能從坩堝溶出 大量的碳到鈦合金中，由是導致污染。此等污染會導致鈦 合金機械性質的損失。 再者，雖然冷坩堝熔化提供前面所述對於高反應性合 金處理的冶金學益處，不過其也具有許多技術及經濟性限 制，包括低過熱，因殻蓋（skull)形成所致產率損失，高功 200839166 率需求及有限的熔化容量。此等限制都可能限制其商業可 行性。 因此，對於比現行應用對污染較低敏感性且可引起較 少技術和經性濟限制之用於熔化高反應性合金的物件仍保 持有其需求。 【發明內容】 本發明具體實例槪括地關於用於高反應性合金上的物 件，其包括一具有一內部的石墨坩堝，和施加於該石墨坩 堝的內部之至少一第一保護層。 本發明具體實例也槪括地關於用於高反應性合金上之 物件，其包括具有一內部的石墨坩堝，施加於該石墨坩堝 的內部之至少一第一保護層，和施加於該第一保護層之至 少一第二保護層。 此等和其他特性，方面和優點可由諳於此技者從下面 的揭示獲得明白。 【實施方式】 發明詳細說明 本文所述具體實例槪括地關於用於高反應性合金上， 具有至少一保護層的物件。特定言之，本發明具體實例關 於石墨坩堝，其具有至少一包含箔襯層或碳化物塗層任一 者的保護層，如下面所陳述者。 參考圖式，圖1說明可用於本發明的可接受的石墨坩 -6 - 200839166 堝1 〇之一具體實例。石墨坩渦1 0可爲諳於此技者所知適合 用於感應熔化的任何石墨坩堝。石墨坩堝1 〇可具有一內部 1 2用於容納要熔化的合金；及一外部1 4。 石墨坩堝1 0可用來熔化高反應性合金諸如，包括元素 鈦，給，銥或銶者，以及進階的合金包括鈮，例如矽化鈮 ，或鎳’例如鋁化鎳。於一具體實例中，高反應性合金可 包括鋁化鈦（TiAl)，且特別者含有高熔點合金元素例如鈮 ’鉬’鎢和鉬的T i A1合金。前面提及的鈦合金通常可包 含從約6 1重量°/〇至約7 1重量％的鈦，從約2 5重量％至約3 5 重量％的錦’合金的其餘邰份包含高熔點合金元素以及少 量的下列任何者：碳，硼，鉻，矽，錳，及彼等的組合。 用於本文中時，“高反應性合金”係指在液相中對氧具有高 吸收自由能的合金。相異於前述使用石墨坩堝來熔化此等 高反應性合金時可能產生的污染問題者，本發明具體實例 ，因爲在坩堝10的內部12所施加的至少一第一保護層16的 存在’可減低熔融合金被污染的發生率，如圖2中槪示者 。更特定言之，該第一保護層的存在可減少熔融合金的碳 污染達到使熔融合金包含最多約0.0 1 5重量％的碳之程度。 此包括可能存在於高反應性合金中的任何碳及源自石墨坩 堝的反應之任何碳。 該第一保護層1 6可包括一箔襯層或一碳化物塗層。更 具體而言，於一具體實例中，第一保護層16可包括由最高 約100%的至少一種前述高熔點合金元素，其可包含鈮， 鉅，鎢，和鉬，所製作的箔襯層。該箔襯層可能經壓塑到 200839166 坩堝10的內部12內或其可經預成型並落入定位。一旦就位 ，該箔襯層可由坩堝的機械變形固持於位置上。雖然該箱 襯層可具有任何所欲厚度，不過於一具體實例中’該箱襯 層可具有從約0.005毫米至約2毫米的厚度’於另一具體實 例中，從約〇 . 0 0 5毫米至約1 · 5毫米，且於一具體實例中’ 約0.0 0 5毫米至約1毫米。於又另一具體實例中，該箔襯層 可具有約0.025毫米的厚度。於此點，所欲的高反應性合 金，例如TiAl，可置於該箔所襯裡的坩堝內予以熔化， 通常係在從約137(TC (約25 00 °F)至約17〇〇°C (約3100°F)的溫 度下。 如前述，所得熔融合金，相較於在未加襯裡的坦堝中 熔化的合金所含污染量，可包含較爲減少的碳污染量。此 係因爲該箔襯層可用兩種方式保護熔融合金抵抗污染之故 。第一，箔襯層可用爲對污染的障壁幫助防止熔融合金與 石墨坩堝接觸。第二，箔襯層可用爲犧牲層使得若有部份 箔襯層因暴露於高溫而熔化時，因爲箔襯層包含至少一種 包含於熔融合金本身的高熔點合金元素，所以其不會污染 該熔融合金。通常，若箔襯層在暴露於高溫下溶化時，會 導致在熔融合金中加入除了其在初始所含者之外，少於或 等於規格限値+/ -0 · 1重量％的鈮，鉬，鎢或鉬。諳於此技 者都了解到經選擇用來製作該箔襯層的高熔點合金元素應 爲與要熔化的高反應性合金中所含具有最高熔點的合金元 素相同。 於另一具體實例中，第一保護層16可包括碳化物塗層 200839166 ’其係經由施加至少一種前面提及的高熔點合金元素，亦 即’鈮，钽，鎢，鉬，至坩堝1 〇的內部12，接著進行熱處 理所形成的碳化物塗層。更特定言之，可將所選高熔點合 金元素使用任何諳於此技者所知的常用方法，例如氣相沉 積或空氣電漿噴布，施加於;t甘渦1 〇的內部1 2。一旦經施加 ’該高熔點合金元素可經由使用真空熱處理於碳化性氣體 環境中熱處理或經由將裝有高熔點合金元素的坩堝在還原 性氣體環境中加熱以在坩堝1 〇的內部1 2上產生一碳化物塗 層。當高反應性合金，例如 TiAl，於坩堝1 〇中熔化時， 所得熔融合金可再度地含有比在未塗覆坩堝中製備的熔融 合金較少的污染。於一具體實例中，從高反應性合金與石 墨坩堝反應所得碳污染的量可比於未塗覆坩堝中所含的污 染量減少至少約50%，且於另一具體實例中從約60%至約 99% ’且於又一具體實例中從約75%至約99%。此污染的 減少可歸因於在高反應性合金與石墨坩堝之間減少的接觸 〇 於又另一'具體實例中’石墨ί甘渦10可包括至少第一*保 護層16和一第二保護層18。更特定言之，若第一保護層16 包括一箔襯層，則第二保護層1 8可包含一碳化物塗層。或 者’若第一保護層16包括一碳化物塗層，則第二保護層18 可包括一箔層。不論第一保護層16或第二保護層18爲箔層 或爲碳化物塗層，兩者皆可用前述方式施加。 可能宜於同時利用第一保護層1 6和第二保護層1 8，因 爲’除了前述由每一者獨立地提供的利益之外，還加上此 -9- 200839166 二保護層可幫助延長坦堝1 0的使用壽命。 此書寫說明係使用實施例來揭示本發明，包括最佳方 式，且也使任何諳於此技者能夠作出並使用本發明。本發 明的可專利範圍係由申請專利範圍所界定，且可包括諳於 此技者所作出的其他實施例。此等其他實施例若彼等具有 與申請專利範圍的文學語言無異的結構元素，或若彼等包 括與申請專利範圍的文學語言無實質相異的等效結構元件 ，則理應落於申請專利範圍的範圍之內。 【圖式簡單說明】 雖然本說明書以最後的申請專利範圍特別地指出且明 確地提出本發明的權利，不過仍認爲本文所陳述的具體實 例可從下面說明配合所附圖式獲得更佳的了解，其中相同 的圖號係指相同的元件。 圖1係一根據本文說明的坩堝之一具體實例的示意透 視圖； 圖2係一根據本文說明的具有至少一保護層的坩堝之 一具體實例的示意剖面圖；且 圖3係一根據本文說明的具有至少一第一和第二保護 層的坩堝之一具體實例的示意剖面圖。 【主要元件符號說明】 1 0 :石墨坩堝 1 2 :坩堝內部 -10- 200839166 1 4 :坩堝外部 1 6 :第一保護層 1 8 :第二保護層

Claims (1)

1. 200839166 十、申請專利範圍 1.一種用於高反應性合金上之物件，其包括： 一具有一內部（1 2)的石墨財堝（1 〇);和 至少一第一保護層（1 6)，其經施加於該石墨坩禍（丨〇) 的內部（12)。 2 ·根據申請專利範圍第1項之物件，其進一步包括： 至少一弟一保遵層（1 8)’其經施加於該第一保護層 (16)上。 3 .根據申請專利範圍第1或2項中任一項之物件，其中 該具有至少該第一保護層（16)的石墨坩堝（1〇)係用於熔化 選自鈦、鈮、鎳、給、銥和銶所組成的群組中的高反應性 合金。 4 ·根據申請專利範圍第1或2項之物件，其中該第一保 護層（16)包括，具有從約0.005毫米至約2毫米的厚度之一 箔襯層。 5 ·根據申請專利範圍第1或2項之物件，其中該第一保 護層（16)包括一碳化物塗層。 6 .根據申請專利範圍第2項之物件，其中該第一保護 層（16)包括一箔襯層且該第二保護層（18)包括一碳化物塗 層。 7 ·根據申請專利範圍第2項之物件，其中該第一保護 層（16)包括一碳化物塗層且該第二保護層（18)包括一箔襯 層。 8 ·根據申請專利範圍第4項之物件，其中該箔襯層係 -12- 200839166 從選自鈮，鉅，鎢，和鉬所組成的群組中的高熔點合金元 素所製成。 9 ·根據申請專利範圍 係經由施加選自鈮，鉅 議占合金元素至該增堝的 種該高熔點合金元素所 層 熔 鹰 第5項之物件，其中該碳化物塗 ’鎢’和鉬所組成的群組中的高 內部並於一碳化性氣體環境中熱 形成。 1 0 ·根據申請專利範_第4丨目 係從 製成 ，古皮㈣六八* 物件’其中該箔襯層 故冋反C性S亞中具有最高熔古 4的问溶點合金元素所 -13、