[發明專利]一種粉末注射成形制備鉬合金燃氣舵的方法

無效

• 申請號: 200810031485.5
• 申請日: 2008-06-16
• 公開（公告）號: CN101293280A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 范景蓮;成會朝;劉濤;田家敏;黃伯云
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22F5/00
• 分類號: B22F5/00;B22F1/00;B22F3/10
• 代理公司: 中南大學專利中心
• 代理人: 胡燕瑜

技術領域

本發明涉及粉末冶金領域，特別是采用粉末冶金近凈成形技術制備高性能輕質鉬合金燃氣舵的方法。

背景技術

鉬合金具有高的熔點、低的熱膨脹系數、高耐磨性、高熱導率和高的高溫強度，因而在高溫結構件和航空領域得到廣泛應用。燃氣舵是發動機中的一個重要部件，它在運行中承受著巨大的氣流沖擊，因而必須具有好的高溫強度、抗熱震性和抗燒蝕性。目前，制備燃氣舵的主要材料是W-Mo和W-Cu材料，但是它們的高密度(通常高于17.0g/cm³)使發動機的整體質量增加，限制了其運行能力的進一步提高。鉬合金除具有高的高溫強度、好的抗熱震性和抗燒蝕性外，而且具有非常明顯的密度優勢(10.1g/cm³左右)，因而是一種理想的燃氣舵材料。

燃氣舵由于形狀復雜，因而不能采用傳統的方法直接成形，必須采用機加工來制備。目前，在制備燃氣舵時，通常是先制備出合金棒坯，然后對其后續處理(如鍛造和退火處理)來改善其機加工性，最后再進行大量的機加工工序加工成燃氣舵，這樣就造成了材料的大量浪費。因此，如果采用傳統的方法制備鉬合金燃氣舵，在制備成具有良好加工性的棒材前，要經過形變強化和退火處理等復雜工序，而且機加工過程中又要浪費大量的材料，因而生產成本非常高。粉末注射成形是近些年來新興的一種粉末冶金近凈成形技術，具有一次成形為最終形狀、加工少或無加工、材料利用率高的特點，在生產形狀復雜的零部件具有非常大的技術優勢和較低的生產成本。但粉末注射成形用于制備鉬合金燃氣舵時，由于引入了較多的粘結劑(體積含量為40％～55％)，熱脫脂工藝控制不當容易引起殘碳或碳的分布不均勻，而殘碳或碳的分布不均勻會對合金的性能產生不利影響。

發明內容

本發明克服傳統燃氣舵材料密度高和燃氣舵制備加工復雜、成本高的不足，以鉬預合金粉末為原料，采用粉末注射成形技術制備高性能輕質鉬合金燃氣舵。采用機械球磨制備出含有Ti、Zr、Hf、Re、TiC、ZrC中的一種或多種鉬預合金粉末，將鉬預合金粉末與一種由石蠟+油+高分子聚合物+低分子耦合劑多組元組成的粘結劑制備成均勻的喂料。將喂料在注射機上注射出燃氣舵注射坯，燃氣舵注射坯經溶劑脫脂后在熱脫脂爐中進行脫脂、控碳和預燒，最后將預燒后的樣品進行高溫燒結，制備出的高性能輕質鉬合金燃氣舵。

本發明所采用方案的具體步驟如下：

(1)采用機械合金化制備出含有0.05～1.50％的Ti、Zr、Hf、Re、TiC、ZrC中的一種或多種以及0.5～1％的石蠟、聚乙二醇、硬脂酸或PVB中的一種或多種有機物鉬預合金粉末；

(2)制備出混合均勻的由石蠟+油+高分子聚合物+低分子耦合劑多組元組成的粘結劑；

(3)將喂料在注射機上注射出燃氣舵注射坯；

(4)將燃氣舵注射坯進行溶劑脫脂，溶劑脫脂率控制在45％～65％；

(5)將溶劑脫脂坯體在熱脫脂爐中進行脫脂、控碳和預燒，在700℃以下采用兩步或三步保溫來脫除溶劑脫脂坯中剩余粘結劑，然后在800～1100℃進行預燒1～5h，得到具有一定強度和微量碳的預燒坯，保護氣氛為H₂或H₂+N₂。

(6)將預燒結坯在高溫燒結前，先在1200～1600℃保溫0.5～4h，然后在高溫燒結，燒結溫度為1800～2050℃，保溫時間為1～5h，保護氣氛為H₂，惰性氣體或真空。

本發明的優點和積極效果，體現在：

(1)相比傳統的W-Mo或W-Cu材料燃氣舵，本發明燃氣舵所采用的材料具有密度小(10.1g/cm³)、延性高(延伸率在10.0％以上)的特點。

(2)本發明采用注射成形制備鉬合金燃氣舵，相比傳統的鉬合金制備方法(鑄造+形變強化+熱處理+機加工)，具有工藝周期短、材料利用率、成品率高和生產成本低的優點。

(3)本發明通過控制工藝向合金中熱解微量碳，解決了鉬合金碳添加困難和碳分布不均勻的問題。

(4)本發明所采用的材料和制備技術也適合制備其它形狀的鉬合金產品。

具體實施方式：

實例1：

(1)按質量百分配比制備鉬預合金粉末，以總質量300g為例稱取各組分質量：

硬脂酸在酒精中加熱溶解與粉末一起放入球磨筒，往球磨筒內充入N₂氣，設定球磨時間為5h，制備預合金粉末。取出粉末，干燥，然后用袋封裝備用。