[發明專利]一種Nb-W合金及其制備方法

無效

• 申請號: 201210141534.7
• 申請日: 2012-05-09
• 公開（公告）號: CN102634712A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 胡昌義;黎憲寬;蔡宏中;魏燕;陳力;毛傳軍;鄭旭;王云
• 申請（專利權）人: 貴研鉑業股份有限公司
• 主分類號: C22C27/02
• 分類號: C22C27/02;C22C1/00;C23C16/01;C23C16/06
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

技術領域

本發明屬于難熔金屬材料技術領域，涉及一種難熔金屬合金及制備方法，特別是Nb-W合金及其化學氣相沉積（CVD）技術制備方法。

背景技術

難熔金屬材料具有極高的熔點、優異的高溫力學性能和良好的耐腐蝕性能以及其他獨特的性能而在航天航空、原子能工業、冶金工業、化學工業和醫學工業等上有著廣泛的應用。在難熔金屬中，鈮具有密度低（8.6g/cm3），良好的室溫塑性和加工性能，因此，作為一種耐高溫用的金屬結構材料，鈮合金具有特別突出的優勢。自上世紀60年代至今，鈮合金一直是火箭推進器及衛星發動機噴管應用不可或缺的材料之一。上世紀60年代美國研制成功的航天發動機噴管Nb-Hf-Zr（C103）合金，成功應用于阿波羅宇宙飛船以及各類衛星發動機，至今仍然是航天飛行器發動機用主流的高溫結構材料。上世紀70年代，我國西北院及其他有關單位對國外的C103合金進行了仿制研究，合金性能達到國外同類合金水平。采用C103合金制備的發動機推力室，廣泛應用于衛星、飛船和運載火箭上。為了進一步提高難熔金屬噴管材料的工作溫度，20世紀90年代美國和俄羅斯開發出了第二代高溫鈮合金即Nb-W-Mo-Zr合金（Nb521），之后，寧夏東方鉭業采用粉末冶金方法生產出了Nb521合金材料，該材料可應用于航天發動機、武器推進器、核反應堆、潛水器、燃氣渦輪機、汽車發動機、柴油發動機、高溫爐加熱帶、高溫模具、高溫夾具和高溫坩堝等。

截止目前，國內外生產和研制的鈮合金牌號超過50種，其中，三分之二為含W的鈮基合金。從相圖上，Nb和W元素形成無限固溶體，因此，Nb-W合金主要是固溶強化。為了進一步提高合金的強度，均需要在Nb-W二相合金的基礎上添加第三甚至第四種元素形成沉淀相強化，添加的元素主要有Zr、Ti、Ta、Mo、Hf等熔點較高的稀有金屬或難熔金屬。

目前，制備Nb-W合金的傳統主流方法有熔鑄法和粉末冶金法。隨著材料制備技術的發展，各種制備技術開始應用于難熔金屬材料的制備上，如粉末注射成型技術、放電等離子體燒結技術、定向凝固技術、熱機械加工技術、電磁共振技術、單晶技術以及化學氣相沉積（CVD）技術等。無論是熔鑄法還是粉末冶金法，制備Nb-W合金均需要在很高的溫度下進行，如凝固鑄造法需要將原料升至合金熔化的溫度（Nb-10W合金的熔鑄溫度超過2600℃）；粉末冶金燒結成型需要將粉末壓結件加熱至2000℃以上的高溫。采用熔鑄法或粉末冶金法制備的合金錠坯往往需要經過復雜的冷、熱加工以及熱處理過程才能得到所需要的產品，制備成型過程能耗高；如果需要制備形狀較為復雜的Nb-W合金器件，還必須利用機加工方法進行加工。由于Nb-W合金硬度高，機加工難度很大。另外，粉末冶金法制備的產品的密度一般比較低，如果不進行加工處理，Nb-W合金制品的密度很難其理論密度的90%。

早在上世紀40年代，CVD法便開始應用于難熔金屬的提純，并在60年代逐步發展成為一種應用于制備難熔金屬材料的工藝。CVD法應用于難熔金屬及其合金的制備具有特別的優勢：首先，CVD法可大幅降低材料的成型溫度。難熔金屬或合金的的熔點一般都在2000℃以上，由于CVD制備難熔金屬或合金的原理是利用其鹵化物熱分解沉積成型，可將難熔金屬或合金的制備成型溫度大幅度降低至1000-1200℃；其次，由于CVD沉積是在氣相中進行，能夠實現保形沉積，最大限度地減少了后續機械加工，特別適合復雜形狀器件（如管材、火箭推進器噴管等）的成型，并在提高原材料利用率的同時降低了材料的制造成本；第三，CVD過程本身是物質的提純過程和被沉積材料的原子堆積過程，因此，所制備材料的純度及致密度均很高，密度均能達到其理論密度的99.0%以上；第四，CVD技術制備的材料往往具有組織結構上的擇優取向，并不需要借助于加工或第二相沉淀強化即可實現材料優良的力學性能。從以上CVD技術的特點分析，CVD技術特別適合于具有高熔點的難熔金屬及合金復雜形狀的器件的制備成型。

資料調研檢索表明，未發現有與本項目相同成分的Nb-W合金；CVD技術在制備純難熔金屬材料方面獲得了較好的發展，但CVD技術應用于難熔金屬合金材料的制備報道很少，未見有CVD制備Nb-W合金的報道。本發明結合CVD技術的特點和優勢，創造性地將CVD技術引入Nb-W合金的制備，所沉積的Nb-W合金材料具有高強度、高純度和高致密度的特點。

發明內容