[發(fā)明專利]非金屬元素合金化的片層鈮鉬硅基原位復(fù)合材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910180267.2
• 申請日: 2007-12-05
• 公開（公告）號: CN101792879A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬朝利;張虎;李玉龍;劉肖;徐惠彬;張濤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: C22C27/02
• 分類號: C22C27/02;C22C30/00;C22C32/00;C22C29/00;C22C1/10;C22C1/02;B22D27/04
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈮—鉬—硅高溫合金材料，更特別地說，是指一種具有片層結(jié)構(gòu)的、非金屬元素合金化的、鈮—鉬—硅基原位復(fù)合材料，以及采用光懸浮區(qū)熔定向凝固方法制備出具有片層結(jié)構(gòu)的鈮鉬硅基原位復(fù)合材料。

背景技術(shù)

在能源、石油化工、航空航天等領(lǐng)域中大量使用承溫能力高的高溫合金材料，例如航空渦輪發(fā)動機(jī)的葉片材料普遍采用鎳基高溫合金，目前最先進(jìn)的第三代鎳基單晶高溫合金的使用溫度達(dá)到1150℃，然而這已經(jīng)接近了鎳基高溫合金的熔點(diǎn)1350℃，鎳基單晶高溫合金繼續(xù)發(fā)展的空間已經(jīng)不大。為了進(jìn)一步提高渦輪發(fā)動機(jī)的性能，并提高燃燒效率，減少能源消耗和廢氣排放，務(wù)必需要開發(fā)出承溫能力更高的葉片材料。

采用鑄造—熱處理方法制得的二元鈮硅合金由鈮固溶體(Nb_ss)和金屬間化合物Nb₅Si₃兩相組成。二元鈮硅合金首先在1920℃發(fā)生共晶反應(yīng)：L→Nb_ss+Nb₃Si，然后在1770℃發(fā)生共析反應(yīng)：Nb₃Si→Nb_ss+Nb₅Si₃，通過兩步反應(yīng)得到的Nb_ss和Nb₅Si₃兩相由于反應(yīng)復(fù)雜其形態(tài)較難控制。

使用物理氣相沉積的方法可以得到金屬鈮和Nb₅Si₃兩相組成的片層結(jié)構(gòu)，但這種方法得到的鈮硅復(fù)合材料存在以下問題：晶粒細(xì)小，蠕變抗力弱；兩相非熱力學(xué)平衡，組織不穩(wěn)定；制備工藝較復(fù)雜，成本偏高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的Nb-Mo-Si原位復(fù)合材料，由30～87at％的鈮(Nb)、3～40at％的鉬(Mo)和10～30at％的硅(Si)組成。其采用了光懸浮區(qū)域熔煉定向凝固制備，制得的Nb-Mo-Si原位復(fù)合材料具有(Nb，Mo)_ss和(Nb，Mo)₅Si₃兩相，且有片層體積百分?jǐn)?shù)大于50％的片層結(jié)構(gòu)。Nb-Mo-Si原位復(fù)合材料在18～25℃的壓縮強(qiáng)度為1200～2000MPa，在1200～1500℃的壓縮強(qiáng)度為300～900MPa；在1200℃、應(yīng)力為170MPa、蠕變處理100h的條件下，蠕變變形量為0.8～1.0％。

本發(fā)明的一種非金屬元素合金化的Nb-Mo-Si原位復(fù)合材料，是在Nb-Mo-Si原位復(fù)合材料中通過添加0.1～10at％的硼(B)來提高Nb-Mo-Si-B合金在1200～1500℃高溫的強(qiáng)度。采用了光懸浮區(qū)域熔煉定向凝固制備，制得的Nb-Mo-Si-B原位復(fù)合材料具有(Nb，Mo)_ss和(Nb，Mo)₅Si₃兩相，且B固溶在(Nb，Mo)₅Si₃相中，具有片層體積百分?jǐn)?shù)大于50％的片層結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的一種非金屬元素合金化的Nb-Mo-Si原位復(fù)合材料，是在Nb-Mo-Si原位復(fù)合材料中通過添加0.1～10at％的鍺(Ge)來提高Nb-Mo-Si-Ge合金在1200～1500℃高溫的抗蠕變性。采用了光懸浮區(qū)域熔煉定向凝固制備，制得的Nb-Mo-Si-Ge原位復(fù)合材料具有(Nb，Mo)_ss和(Nb，Mo)₅(Si，Ge)₃兩相，且具有片層體積百分?jǐn)?shù)大于50％的片層結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1A是Nb₇₂Mo₁₀Si₁₈合金縱向剖面背散射照片。

圖1B是Nb₇₂Mo₁₀Si₁₈合金橫向剖面背散射照片。

圖2是Nb₇₀Mo₁₀Si₁₈B₂合金縱向剖面背散射照片。

圖3是Nb₇₂Mo₁₀Si₁₆Ge₂合金縱向剖面背散射照片。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。