[發明專利]一種耐高溫燒蝕高強韌鉬合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201610915404.2
• 申請日: 2016-10-20
• 公開（公告）號: CN107964618B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 陳大軍;吳護林;李忠盛;張隆平;何慶兵;陳漢賓
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業第五九研究所
• 主分類號: C22C27/04
• 分類號: C22C27/04;C22C32/00;C22C1/05;C22C1/10;B22F9/22;B22F3/04;B22F3/10;B22F3/24;C22F1/16
• 代理公司: 重慶弘旭專利代理有限責任公司 50209
• 代理人: 李靖

本發明涉及一種耐高溫燒蝕高強韌鉬合金。它由碳化鉿、三氧化二鑭和鉬組成；其中，含碳化鉿的質量百分數范圍為0.5%～2%，含三氧化二鑭的質量百分數范圍為1%～3%，其余成分為鉬。它兼具優良的高溫力學性能和室溫力學性能，能滿足固體火箭發動機噴管的使用要求。

技術領域

本發明涉及鉬合金的制備，特別涉及一種耐高溫燒蝕高強韌鉬合金及其制備方法。

背景技術

固體火箭發動機是彈藥最主要的增程動力系統，其噴管通常面臨瞬時上萬g以上超高過載沖擊、高能推擠劑產生的數千K高溫、高速、高壓燃氣和顆粒長達十數秒時間的沖刷燒蝕，這就要求噴管喉襯材料需具有優異的耐高溫燒蝕性能和室溫強韌性能。

目前，適合制造火箭發動機噴管喉襯的材料主要有：SiC、Si₃N₄、ZrC、熱解石墨、多晶石墨等陶瓷及石墨，以及鉬合金、鎢合金、鉭合金、鈮合金等難熔金屬材料。其中，陶瓷喉襯耐熱沖擊性能差，石墨喉襯耐高溫沖刷性能差，均難以滿足固體火箭發動機使用要求；鎢合金材料具有優異的耐高溫燒蝕性能，但鎢合金室溫強韌性差，在高發射過載的劇烈沖擊作用下極易開裂；鉭合金等具有較高的室溫韌性和耐高溫燒蝕性能，但鉭合金屬于稀缺貴重金屬且價格昂貴；鉬及其合金熔點高(2620℃)、耐沖刷性能好，同時該材料密度適中(10.2g/cm³)，且地球儲藏豐富，價格便宜，是固體火箭發動機噴管等關重件的首選材料。

現有的鉬鑭合金等稀土鉬材料室溫強韌性較好，如用作噴管喉襯材料時，能滿足瞬時上萬g以上超高過載沖擊使用要求，但其高溫組織穩定性較差，僅能滿足高溫、高速、高壓燃氣和顆粒微秒至數秒工作時間的沖刷，若將工作時間增加至十數秒時間后，其喉部易出現嚴重燒蝕，已成為制約固體火箭發動機增程效能提升的關鍵之一。

目前，常見鉬合金喉襯材料主要包括：向鉬中添加適量La₂O₃等稀土氧化物粒子，以提高其室溫強韌性(稀土鉬)；或者是向鉬中單獨添加TiC、ZrC等碳化物粒子，以提高鉬合金的再結晶溫度和高溫力學性能；或者是向鉬中添加Ti、Zr、C等原位形成TiC、ZrC等碳化物粒子，以提高其強韌性；但碳化物以及碳元素超過一定含量后，容易與鉬反應生成Mo₂C脆性相，致使其室溫強韌性和高溫性能提升有限。為了制得既兼具室溫高強韌性能，又耐高溫燒蝕的鉬合金，本領域中通常采取的措施主要是：向鉬中添加稀土氧化物或碳化物等第二相粒子，改善鉬合金的組織均勻性，提高鉬合金的致密度。

向鉬中添加適量第二相粒子是提高鉬合金室溫強韌性和耐高溫燒蝕性能的有效方法。然而，向鉬合金中添加微量(例如0.2～1.5wt％)的HfC、TaC、TiC等碳化物粒子，雖然能增加鉬合金的耐高溫燒蝕性能，但是對鉬合金的室溫強韌性能提升有限，在瞬時上萬g以上超高過載沖擊作用下，所得的鉬合金容易開裂，嚴重影響了固體火箭發動機的可靠工作要求。而若進一步提高碳化物的含量，也將降低鉬合金的強韌性能，這主要是因為：(1)由于碳化物脆性高，其含量的增加導致鉬合金中脆性相增多，從而降低了合金的斷裂韌度和強度；(2)碳化物含量的增加，容易與鉬基體反應產生Mo₂C脆性相，脆性相的增加使合金的斷裂韌度和強度下降；(3)碳化物的熔點比鉬(2620℃)高，需要更高的燒結活化能，隨著碳化物含量的增加，碳化物顆粒之間的結合程度較弱，在加載條件下更易產生裂紋而使合金強度等性能下降。因此到目前為止，還未見同時添加La₂O₃等稀土氧化物粒子和碳化物粒子組分的鉬合金的相關報告。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種耐高溫燒蝕高強韌鉬合金，它兼具優良的高溫力學性能和室溫力學性能，能滿足固體火箭發動機噴管的使用要求。

本發明的另一目的在于提供上述耐高溫燒蝕高強韌鉬合金的制備方法，該制備方法可使得合金中的第二相粒子分布均勻、晶粒尺寸均勻細小，鍛造纖維組織明顯。

本發明的第一目的是通過以下技術方案實現的：