[發(fā)明專利]一種以碳量子點(diǎn)為碳源制備高強(qiáng)韌TZM鉬合金的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211532842.2
• 申請(qǐng)日: 2022-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN115976359A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉學(xué);柏小丹;孫院軍;王佳林;丁向東;孫軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/059
• 分類號(hào): C22C1/059;C22C27/04;B22F3/14
• 代理公司: 西安眾和至成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國(guó)

一種以碳量子點(diǎn)為碳源制備高強(qiáng)韌TZM鉬合金的方法。本發(fā)明在不斷提升TZM合金致密度和降低含氧量的基礎(chǔ)上，聚焦于TZM合金的成分和微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分利用碳量子點(diǎn)納米尺度、高表面能及其良好的熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，通過(guò)改變碳源物相本本征特征改善碳原子對(duì)合金原子的吸附力及其均勻性控制，一是實(shí)現(xiàn)對(duì)鉬合金基體均勻性降氧；二是借助于碳量子點(diǎn)納米尺度同時(shí)結(jié)合對(duì)碳量子點(diǎn)加入量的有效控制，調(diào)控TZM合金的TiC和ZrC生成量及其各自所占Ti與Zr元素比例，實(shí)現(xiàn)Ti、Zr作為固溶元素和TiC和ZrC作為第二相彌散相兩種強(qiáng)化方式的有效調(diào)控，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)TZM合金成分、結(jié)構(gòu)與性能調(diào)控，得到更高性能的TZM鉬合金。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鉬合金的制備方法，特別涉及一種以碳量子點(diǎn)為碳源制備高強(qiáng)韌TZM鉬合金的方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的粉末冶金法制備TZM合金是將鈦和鋯的氫化物或碳化物粉末、石墨粉和其他合金元素加入到高純鉬粉中混料后，經(jīng)過(guò)冷等靜壓壓制，然后在還原性氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)坯再經(jīng)過(guò)后續(xù)軋制、熱處理以及精整等工序處理得到最終產(chǎn)品。石墨本身為層狀結(jié)構(gòu)，層間存在較強(qiáng)的π-π堆積作用，且其表面缺乏活性位點(diǎn)，對(duì)分子的吸附力較弱。并且石墨粉粒徑較大，粒度范圍為30～40μm，與鉬粉以及其他合金粉無(wú)法緊密排列，各顆粒間存在較大間隙，導(dǎo)致燒結(jié)合金致密化程度較低。此外，環(huán)境介質(zhì)和鉬粉顆粒中本身攜帶的氧可以與金屬鉬形成MoO₃、MoO_2.89、MoO_2.875、Mo₄O₁₁和MoO₂等氧化物，燒結(jié)過(guò)程中易形成TiO₂和ZrO₂以及殘留在合金中的游離氧等，導(dǎo)致TZM合金氧含量高。氧元素對(duì)TZM合金的性能具有嚴(yán)重消極影響。另一方面，TZM合金屬于固溶與彌散復(fù)合強(qiáng)化合金。雖然兩種方式都具有強(qiáng)化效果，但是固溶與彌散強(qiáng)化的機(jī)理與作用不盡相同。一般地講，相比較于彌散強(qiáng)化，固溶合金具有良好的高溫強(qiáng)韌性，但是蠕變強(qiáng)度和硬度相對(duì)較低。因此獲得一種良好性能的TZM合金，不僅需要控制好間隙元素O的含量，而且需要有效控制好固溶與彌散的作用協(xié)調(diào)性能。元素Ti和Zr作為鉬基體的固溶元素，也是TiO₂、ZrO₂及TiC和ZrC的彌散相組成元素。控制其固溶與彌散強(qiáng)化的分配，就需要控制好Ti和Zr元素形成化合物的比例。

目前，制備TZM鉬合金的方法主要有真空電弧爐熔煉和粉末冶金法。真空電弧熔煉是將Ti、Zr和其他合金元素按一定比例加入到純鉬中，然后進(jìn)行真空電弧熔煉，制得TZM合金。采用真空熔煉法制備出的TZM合金雜質(zhì)含量(特別是氣體雜質(zhì)含量)低，并且析出相較少。然而，采用真空熔煉法生產(chǎn)的TZM合金存在晶粒粗大，尺寸分布不均，生產(chǎn)操作繁雜，能耗高，成品率低等缺點(diǎn)。因此，無(wú)法滿足特殊環(huán)境下的服役要求。粉末冶金法是將鈦和鋯的氫化物或碳化物粉末、石墨粉和其他合金元素加入到高純鉬粉中，經(jīng)過(guò)冷等靜壓壓制，然后在還原性氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)坯再經(jīng)過(guò)后續(xù)軋制、熱處理以及精整等工序處理，制得TZM合金。粉末冶金法與真空熔煉法相比，工藝簡(jiǎn)化、能耗低、生產(chǎn)周期短、成品率較高，因此很大程度上降低了生產(chǎn)成本。然而，采用傳統(tǒng)的粉末冶金法生產(chǎn)出的TZM合金的性能也存在一定程度的缺陷，比如TZM合金的孔隙率較高，內(nèi)部存在大量的孔隙，氧聚集在內(nèi)部孔隙之中，無(wú)法排除也難以被還原，導(dǎo)致合金氧含量過(guò)高，影響合金力學(xué)性能。

而國(guó)際上已有人開始探索利用鋁熱反應(yīng)法制備TZM合金,該方法使用便宜的氧化物中間體如MoO₂、TiO₂和ZrO₂來(lái)代替純?cè)爻煞郑鳛橹苽銽ZM合金的起始材料。將這些氧化物與還原劑鋁進(jìn)行共還原，并加入一定量的碳，利用反應(yīng)的熱來(lái)實(shí)現(xiàn)合金產(chǎn)品的熔煉和固結(jié)，合成TZM合金。該方法原料直接采用氧化物，降低了原料成本，并且制備的合金硬度高、熱軋后具有良好的可加工性。但是該方法目前還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，還存在諸多細(xì)節(jié)問(wèn)題，不能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。