[發(fā)明專利]一種耐高溫高強(qiáng)韌鉬基復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011106081.5
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112195385B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曲俊峰;趙斌;郭在在;林廣慶;楊雙燕;張武;周雅偉;燕東明;梁西瑤
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙金屬材料研究所
• 主分類號: C22C27/04
• 分類號: C22C27/04;C22C1/05;C22C1/10;C22F1/18;C22F1/02
• 代理公司: 煙臺上禾知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37234
• 代理人: 高峰

本發(fā)明公開了一種耐高溫高強(qiáng)韌鉬基復(fù)合材料，包括以下重量分?jǐn)?shù)的組分：ZrO₂ 1.5％～5％、CrCoNi合金1％～1.5％、余量為Mo，其中，CrCoNi合金中Cr、Co、Ni的質(zhì)量占比分別為：Cr 30％～36％、Co 30％～36％、Ni 30％～36％。本發(fā)明將CrCoNi中熵合金粉體作為添加成分應(yīng)用于鉬基復(fù)合材料制備；球形CrCoNi中熵合金粉體為單相固溶體，可有效促進(jìn)材料基體致密化燒結(jié)，顯著提高材料韌性，解決了鉬基復(fù)合材料韌性差、成形性差的核心技術(shù)難題；采用真空感應(yīng)燒結(jié)，避免在氫氣氣氛燒結(jié)產(chǎn)生氫脆，保證材料強(qiáng)韌性；將ZrO₂添加至鉬基復(fù)合材料，通過陶瓷相變增韌及彌散強(qiáng)化，提高材料強(qiáng)韌性；同時ZrO₂添可提高材料燒結(jié)致密度，降低孔隙率，降低鉬基體與氧接觸面積，提高材料耐燒蝕性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其涉及一種耐高溫高強(qiáng)韌鉬基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鉬基高溫材料具有熔點高、強(qiáng)度大、彈性模量高、熱膨脹系數(shù)小、蒸氣壓低、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、抗蝕性強(qiáng)以及高溫力學(xué)性能優(yōu)良等特點，廣泛應(yīng)用于國防、核能、冶金、機(jī)械、石化、醫(yī)療、電子、航空航天等諸多領(lǐng)域。鉬基金屬材料在特殊工況使用，例如火箭噴嘴、飛行器熱端部件、高溫燃?xì)夤艿?、配氣閥、高壓整流元件等，純鉬、TZM合金等鉬基材料存在密度大、易氧化燒蝕、高溫抗蠕變性能差等問題，對構(gòu)件長時高溫服役產(chǎn)生諸多不利影響。因此對輕質(zhì)、高強(qiáng)韌、耐燒蝕的鉬-陶瓷復(fù)合材料的開發(fā)和改進(jìn)具有重要戰(zhàn)略意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種耐高溫高強(qiáng)韌鉬基復(fù)合材料，包括以下重量分?jǐn)?shù)的組分：ZrO₂1.5％～5％、CrCoNi合金1％～1.5％、余量為Mo；其中，CrCoNi合金中Cr、Co、Ni的質(zhì)量占比分別為：Cr 30％～36％、Co 30％～36％、Ni 30％～36％。本發(fā)明鉬基復(fù)合材料中ZrO₂和CrCoNi合金是以顆粒的狀態(tài)均勻分散在金屬鉬基體中的，ZrO₂粒徑為0.5～1μm，CrCoNi合金粒徑為2～10μm，鉬金屬顆粒的粒徑為0.5～4μm。

本發(fā)明鉬基復(fù)合材料的制備方法如下：

A、制備鉬基復(fù)合材料粉體

A1、按重量分?jǐn)?shù)將Cr、Co和Ni單質(zhì)置入真空感應(yīng)爐中熔煉，得合金熔體，對合金熔體進(jìn)行電磁攪拌后，對合金熔體進(jìn)行高壓氣霧化，制得所需粒徑的球形CrCoNi中熵合金粉體；

A2、將適量的純鉬、CrCoNi中熵合金粉體和ZrO₂粉體置入真空三維運動混料機(jī)中，抽真空后通入氮氣至微正壓，重復(fù)三次后啟動三維運動混料機(jī)，30～80rpm混料10～16h，制得中間粉體；

A3、用純鉬將所得中間粉體稀釋至所需配比，將其置入真空三維運動混料機(jī)中，抽真空后通入氮氣保護(hù)，30～80rpm混料10～16h，制得鉬基復(fù)合材料粉體；

B、成型

將所得鉬基復(fù)合材料粉體置于模具中，冷等靜壓成型，制得素坯件，將素坯件80～110℃烘干60～120min后放入真空感應(yīng)燒結(jié)爐中，抽真空后升溫至1850～2000℃并保溫200～300min，制得鉬基復(fù)合材料型材；

C、鍛造

將所得鉬基復(fù)合材料型材的開坯溫度設(shè)置為1450～1600℃，保溫60～120min，終鍛溫度為1250～1350℃，回火溫度為1400～1500℃，鍛造至變形量為60～75％后在熱處理爐中1150～1200℃保溫30～90min消除殘余應(yīng)力后即制得鉬基復(fù)合材料。