[發明專利]一種制備具有超細氧化物彌散相的鈮基合金的方法

有效

• 申請號: 202010879948.4
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN111926208B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 章林;陳曉瑋;劉燁;陳旭;秦明禮;曲選輝
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;湘潭大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明屬于先進金屬材料制備研究領域，特別提供了一種激光熔覆成形制備具有超細氧化物彌散相的鈮基合金的方法。步驟如下：先調配適當濃度的聚二烯丙基二甲基氯化銨溶液或半胱氨酸溶液，再將成分為旋轉電極霧化鈮基合金粉加入溶液中浸適當時間，然后加入納米Y₂O₃或La₂O₃粉末攪拌烘干；將得到的前驅體粉末，在氣氛保護的條件下，在一定溫度進行高速攪拌得到納米氧化物包覆的鈮基合金粉末。將得到的納米氧化物包覆的鈮基合金粉末進行激光熔覆成形得到具有超細氧化物彌散相的鈮基合合金，合金中具有粒徑為5?20nm的氧化物彌散相。本發明為制備具有超細氧化物彌散相的鈮基合金提供了新的思路，具有生產周期短、成本低、操作方便等優點。

技術領域

本發明屬于先進金屬材料制備研究領域，特別提供了一種激光熔覆成形制備具有超細氧化物彌散相的鈮基合金的方法。

背景技術

航空航天技術的迅速發展，各種新型飛行器飛行速度和距離的提高，對材料的輕質、高強、耐熱等性能提出了越來越高的要求。與其他難熔金屬相比，鈮具有較低的密度(8.6g/cm³)、較高的熔點(2468℃)和較好的熱強性，因此受到了越來越多的關注。Nb-Ti基合金是Nb和Ti兩種元素形成連續的固溶體，其他元素固溶到基體中。Nb-Ti基合金除了具有鈮合金良好的力學性能之外，還具有成分的可設計性和低密度的特點。近年來，這種輕質的Nb-Ti合金得到了越來越廣泛地應用。研究表明，在鈮合金中添加釩、鈦、鋁、鋯等元素可以進一步將合金密度降低至5.9-6.9g/cm³,并且提升合金的抗氧化性能。

然而鈮基合金對O、N等間隙元素比較敏感，一旦工藝控制不佳，雜質元素在晶界富集，其韌脆轉變溫度一般在室溫以上。這不僅使其加工困難，還會使其在室溫使用時受到嚴重的限制。其次，鈮基合金存在再結晶脆化的問題，這導致鈮基在極端高溫條件下使用時性能迅速下降，遠遠不能滿足航空航天、國防軍工等高溫領域的快速發展對材料的要求。

將納米氧化物引入基體制備氧化物彌散強化(Oxide Dispersion Strengthed，ODS)鈮基合金，可以有效的解決這些問題。首先，高強度的納米氧化物可以在基體中起到阻礙位錯運動的作用，位錯運動受阻即材料獲得了強化。而且納米氧化物的熔點較高，與其他析出沉淀類第二相相比，即使在非常高的使用溫度下也不會溶解，這將有效提高鈮基合金的高溫強度。第二，尺寸細小的彌散相引入基體可以顯著細化基體晶粒。低溫脆性的來源是O、N等微量雜質在晶界的偏聚，若能降低基體晶粒尺寸即可增加材料中的晶界的體積分數。晶界數量提高后，同樣雜質含量的情況下，雜質在晶界處的分布密度將會降低，這將顯著的抑制鈮基在室溫的脆性。第三，細小彌散的氧化物粒子可以有效的抑制再結晶過程中的形核與晶粒長大，防止二次再結晶出現，從而抑制鈮基合金在高溫服役使再結晶脆化的產生。綜上所述，使用納米氧化物對鈮基合金進行彌散強化是有效提升鉬的綜合性能和可靠性的有效方法。

技術的發展對于材料的性能提出了新的要求，特別是近空間超高速飛行器中的蜂窩隔熱板等復雜形狀零部件既要求材料的密度較低，還要求在非常高的服役溫度下(～2000℃)具有一定的強度。ODS鈮基合金由于其高熔點、低密度、高溫高強等優異性能成為了該類零部件的候選材料，受到了極大的關注。但是ODS鈮基合金的硬度高、塑性低和加工成形性差，很難通過傳統機加工方法制備出形狀復雜的蜂窩隔熱板等零件，這嚴重制約了ODS鈮基合金的推廣應用。國內外研究人員一直致力于ODS鈮基高溫合金的開發及其復雜形狀近終成形技術的研究。其中，3D打印技術作為粉末近終成形的代表技術，適合于尺寸適中、形狀復雜零件的成形。3D打印技術中的激光熔覆成形技術由于具有成本低、產品密度高、精度高、少切削甚至無切削等一系列優點受到了廣泛的關注。