一种碳化物增强钼基合金及其制备方法与流程

本发明涉及合金材料制备，尤其涉及一种碳化物增强钼基合金及其制备方法。

背景技术：

1、tzm合金是在钼金属基体中掺杂ti、zr、c等微量元素的合金材料，其可形成mo-ti、mo-zr固溶体以及tic、zrc、zro2等弥散质点，通过固溶强化及弥散强化对钼金属进行有效强化，不仅提高了合金的室温力学性能，也使其再结晶温度有所提高，从而提高合金的高温强度、高温蠕变和高温持久性能，在高温领域得到广泛应用。

2、在军事工业中，tzm合金可用于制造核能源的耐热部分，航天器的散热面板，火箭发动机的喷嘴、燃气管道，鱼雷发动机中的高温配气阀体等；在冶金工业，还可用于高温炉中的发热体、隔热屏、料舟等；在金属加工工业，可用于黑色金属的压铸模具，难变形金管的挤压模具。

3、为满足更高的温度和强度的使用要求，在tzm合金的基础上增加钛、锆、碳元素而形成钼钛锆碳合金，其通用成分为mo-1.25ti-0.15zr-0.15c，称为tzc合金，可用于高温合金、tial合金等难变形合金的1100℃以上等温锻造用模具。

4、铸造方法制备tzm合金或tzc合金需要大型高温铸造设备、挤压开坯设备等高成本设备，且制备的钼基合金晶粒组织粗大，不利于后续成形，因此，tzm合金或tzc合金通常采用粉末冶金法制备。

5、但是，常规粉末冶金方法制备tzm合金或tzc合金，采用混粉-冷等静压-烧结-锻造-退火-加工的工艺路线，存在以下缺点：(1)tzm合金或tzc合金中掺杂的ti、zr、c等微量元素很容易被氧化和烧损，导致碳化物强化相减少，且很难形成纳米尺寸的碳化物，导致tzm合金的强化效果欠佳，高温强度较低，难以满足高温使用性能要求；(2)tzm合金或tzc合金通过粉末冶金掺杂其他合金粉末时，很难混合均匀，导致大尺寸tzm合金或tzc合金的成分不均匀，力学性能分散，难以满足大尺寸钼基合金的力学性能要求；(3)粉末冶金tzm合金或tzc合金烧结坯存在孔洞，致密度不高，塑性差，在后续锻造成形过程中容易发生开裂，导致难以通过变形强化进一步提升tzm合金或tzc合金的强度和韧性，并获得所需的大尺寸钼基合金产品，尤其是难以获得高温合金、tial合金等难变形合金的1100℃以上等温锻造用模具。

6、因此，提供一种碳化物增强钼基合金的制备方法，以至少解决上述部分问题具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题在于提供一种碳化物增强钼基合金的制备方法，本申请提供的碳化物增强钼基合金的制备方法可制备高强度和高韧性碳化物增强钼基合金。

2、本申请提供了一种碳化物增强钼基合金的制备方法，包括以下步骤：

3、s1)将tic纳米粉、zrc纳米粉和mo粉按照质量百分配比混合，得到混合粉末；

4、s2)将所述混合粉末进行冷等静压，得到钼基合金坯料；

5、s3)将所述钼基合金坯料在氢气中烧结，得到钼基合金烧结坯料；

6、s4)将所述钼基合金烧结坯料热等静压后锻造，得到钼基合金锻坯；

7、s5)将所述钼基合金锻坯进行退火处理，得到钼基合金。

8、优选的，所述tic纳米粉的纯度≥99％，平均粒径为100～500nm，所述zrc纳米粉的纯度≥99％，平均粒径为30～200nm，所述mo粉的纯度≥99.5％，平均粒径为1～5μm。

9、优选的，所述tic纳米粉的含量为1～1.5wt％，所述zrc纳米粉的含量为0.15～0.65wt％，余量为mo粉。

10、优选的，所述混合包括依次进行的v型混料机混合和球磨机混合。

11、优选的，所述冷等静压的压力为150～300mpa，保压时间为20～60min。

12、优选的，所述烧结的温度为1700～2200℃，时间为6～48h，氢气流量为5～20m3/h。

13、优选的，所述热等静压的温度为1600～2000℃，压力为160～200mpa，时间为6～12h。

14、优选的，所述锻造的温度为1000～1500℃，保温时间为1～3h，锻造总变形量≥50％，单次变形量为15～30％。

15、优选的，所述退火的温度为750～1050℃，保温时间为1～6h。

16、本申请还提供了一种碳化物增强钼基合金，其特征在于，所述碳化物增强钼基合金的制备原料包括tic纳米粉、zrc纳米粉和mo粉。

17、本申请提供了一种碳化物增强钼基合金的制备方法，其首先将tic纳米粉、zrc纳米粉和mo粉混合，再将得到的混合粉末进行冷等静压，然后将冷等静压后的合金坯料进行氢气烧结，之后将烧结得到的烧结坯料进行热等静压后锻造，最后进行退火，即得到碳化物增强钼基合金；在碳化物增强钼基合金制备过程中，合金粉末以纳米尺寸的碳化物相加入，减少了烧结过程中ti、zr、c元素的氧化和烧损，且tic纳米粉和zrc纳米粉的加入可阻碍位错运动，对钼基体进行第二相强化，以提高钼基合金的强度，其还可提高基体的致密度，保证塑性的提高，tic纳米粉、zrc纳米粉与mo粉反应生成的第二相颗粒，还可与钼基体形成共格或半共格的微观晶体界面，在提高钼基合金强度的同时，不降低钼基合金的塑性，兼顾了钼基合金的强度和塑性；进一步的，氢气烧结可以有效防止碳化物的分解和烧损，而后进行的热等静压对钼基合金烧结坯料进行加压烧结，减少了其中的孔洞，提高了钼基合金的致密性和塑性，降低了后续锻造过程中钼基合金的开裂风险，提高了钼基合金的力学性能。

18、另一方面，本申请采用v型混料机混合和球磨机混合的方式，使合金粉末混合均匀，提高了碳化物增强钼基合金成分的均匀性。

技术特征：

1.一种碳化物增强钼基合金的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述tic纳米粉的纯度≥99％，平均粒径为100～500nm，所述zrc纳米粉的纯度≥99％，平均粒径为30～200nm，所述mo粉的纯度≥99.5％，平均粒径为1～5μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述tic纳米粉的含量为1～1.5wt％，所述zrc纳米粉的含量为0.15～0.65wt％，余量为mo粉。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合包括依次进行的v型混料机混合和球磨机混合。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷等静压的压力为150～300mpa，保压时间为20～60min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为1700～2200℃，时间为6～48h，氢气流量为5～20m3/h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热等静压的温度为1600～2000℃，压力为160～200mpa，时间为6～12h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锻造的温度为1000～1500℃，保温时间为1～3h，锻造总变形量≥50％，单次变形量为15～30％。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为750～1050℃，保温时间为1～6h。

10.一种碳化物增强钼基合金，其特征在于，所述碳化物增强钼基合金的制备原料包括tic纳米粉、zrc纳米粉和mo粉。

技术总结本发明提供了一种碳化物增强钼基合金的制备方法，包括以下步骤：S 1)将TiC纳米粉、ZrC纳米粉和Mo粉按照质量百分配比混合，得到混合粉末；S2)将所述混合粉末进行冷等静压，得到钼基合金坯料；S3)将所述钼基合金坯料在氢气中烧结，得到钼基合金烧结坯料；S4)将所述钼基合金烧结坯料热等静压后锻造，得到钼基合金锻坯；S5)将所述钼基合金锻坯进行退火处理，得到碳化物增强钼基合金。本申请还提供了一种碳化物增强钼基合金。本申请在碳化物增强钼基合金制备的过程中，原料以纳米尺寸的方式加入，有利于钼基合金强度和韧性的提高。技术研发人员：王超渊,刘健,曾维虎,宋晓俊,王志彪,王旭青,邹全文受保护的技术使用者：中国航发北京航空材料研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/11