[發明專利]一種納米稀土氧化物摻雜鉬-硅-硼合金的制備方法

有效

• 申請號: 200810231976.4
• 申請日: 2008-10-28
• 公開（公告）號: CN101397617A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: 孫軍;張國君;楊雙平;孫院軍;劉剛;江峰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C27/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 陳翠蘭

技術領域

本發明屬于粉末冶金技術領域，特別涉及一種納米稀土氧化物摻雜鉬-硅-硼合金的制備方法。

背景技術

近年來，隨著航天航空和國防工業的快速發展，對高溫結構材料的高溫力學和抗氧化性能提出了更高、更苛刻的要求，而目前廣泛使用的鎳基超合金等高溫合金因其自身的局限(最高服役溫度不能超過1100℃)已經成為制約相關工業領域發展的瓶頸。因此各國科學家加快了對下一代高溫結構材料的研究進度，目前的研究結果表明，由Mo、Mo₃Si和Mo₅SiB₂三相組成的鉬-硅-硼合金是最有潛力能夠取代鎳基超合金，成為下一代高溫結構材料的最佳候選材料。

由Mo、Mo₃Si和Mo₅SiB₂三相組成的鉬-硅-硼合金，由于Mo₅SiB₂相的存在而賦予了該合金具有良好的高溫抗氧化能力，盡管Mo相的存在可以保證該合金具有良好的韌性，但由于Mo沒有因改變溫度而發生晶體學相變的性質，但卻具有體心立方金屬所固有的韌脆轉變和低溫脆性的本征特性，因此如何進一步改善和提高鉬-硅-硼合金韌性以提高其可加工性能成為開發鉬-硅-硼合金深加工產品和擴大其應用領域的關鍵！同時，Mo金屬本身存在的強度不足的問題在一定程度上也制約著鉬-硅-硼合金的高溫應用領域的擴展。

根據目前對鉬合金強韌化的研究成果可知，在鉬-硅-硼合金中摻雜稀土氧化物也將是改善該合金強韌性的有效手段，因此獲得均勻分布的稀土氧化物顆粒摻雜鉬-硅-硼合金將是解決以上這些問題的有效方法。同時，如果能實現在鉬-硅-硼合金基體中摻雜入納米尺度氧化物顆粒，該納米尺度氧化物顆粒不但會起到彌散強化作用，還會具有使鉬-硅-硼合金中各相，尤其是Mo相晶粒細化的效果，因此發明一種可以獲得納米稀土氧化物摻雜鉬-硅-硼合金的制備技術，則是改善和提高鉬-硅-硼合金強韌性以及進一步擴大其應用領域的關鍵所在。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米稀土氧化物摻雜鉬-硅-硼合金的制備方法，本發明采用稀土二鉬酸銨(國家發明專利：ZL0410073414.3)為原材料制備鉬-硅-硼合金，用本發明的方法制備的鉬-硅-硼合金中含有的稀土氧化物為納米尺度，鉬、鉬硅化合物、鉬硅硼化合物的尺寸也細小且分布均勻，該鉬-硅-硼合金具有比無稀土氧化物摻雜鉬-硅-硼合金更優良的強度和韌性。

本發明的技術方案是這樣實現的：本發明所提供的納米稀土氧化物摻雜鉬-硅-硼合金的制備過程如下：

以稀土二鉬酸銨為原料(該原料的制備方法請參考國家發明專利：ZL0410073414.3)，首先稱取含稀土氧化物質量分數為0.3-2.5wt％的稀土二鉬酸銨晶體粉末。

將稀土二鉬酸銨粉末焙解和還原，焙解工藝為：溫度為550-650℃，時間1-2h，所通氫氣的壓強為0.3-0.5Pa，流量為0.5-1.0m³/h；

對焙解后的粉料進行還原處理，工藝為：溫度為900-1050℃，時間2-3h，所通氫氣的壓強為0.3-0.5Pa，流量為1-1.5m³/h；

稱取還原后的鉬合金粉品質，并向鉬合金粉中添加硅粉和硼粉，所添加硅粉和硼粉的質量百分數分別占總質量分數(含稀土氧化物的鉬合金粉、硅粉和硼粉的品質)的0.5-14.4wt％和0.5-4.3wt％，之后進行混合和球磨處理，球磨時間為12-24h。

將球磨后的混合粉料在真空熱壓燒結爐中進行熱壓燒結使其致密化，燒結溫度為：1600-1800℃，燒結壓強為：45-55MPa，燒結時間為：5-10h。即得到納米稀土氧化物摻雜鉬-硅-硼合金材料。

本發明所提供的納米稀土氧化物摻雜鉬-硅-硼合金，含有體積分數為10-60％的鉬硅化合物和鉬硅硼化合物，以及體積分數小于5％的稀土氧化物顆粒，其余成分為鉬，其中稀土氧化物顆粒的尺寸細小，平均顆粒尺寸小于100nm，鉬、鉬硅化合物和鉬硅硼化合物的尺寸也細小且分布均勻。

本發明所制得的納米稀土氧化物摻雜鉬-硅-硼合金，含有氧化鑭、氧化鈰、氧化釔其中的一種或兩種組合或三種組合。

該合金具有高強度和高韌性。室溫下和無稀土氧化物摻雜鉬-硅-硼合金相比，強度和斷裂韌性得到了明顯提高。