一种高强韧低氧钼合金及制备方法

摘要

本发明提供了一种高强韧低氧钼合金及制备方法，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为5～12份，氢化锆为0.8～1.4份，复合还原粉为1.6～8份，钼粉为1000份；所述的复合还原粉为碳粉、硼粉和铝粉按照质量比为1:1:1组成的混合粉。本发明的高强韧钼合金的综合性能好，室温抗拉强度大于1200MPa，伸长率大于10.0％，氧含量小于等于200ppm。本发明一方面可以与氧结合，有效降低钼体系内有害元素氧的含量，降低在基体内部的偏析以及与基体生成粗大的第二相的影响，另一方面，能够与基体形成共格或半共格晶体学关系，强韧化作用显著。

权利要求

1.一种高强韧低氧钼合金的制备方法，其特征在于，所述的高强韧低氧钼合金配方，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为5～20份，氢化锆为0.8～2份，复合还原粉为1.6～8份，钼粉为1000份；

所述的复合还原粉为碳粉、硼粉和铝粉按照质量比为1:1:1组成的混合粉；

该方法包括下列步骤：

步骤一，一次混料：按照配方比例配料，将氢化钛、氢化锆和复合还原粉使用三维混料机混合1h；

步骤二，二次混料：将混合均匀的将氢化钛、氢化锆和复合还原粉与钼粉再次混合2～

4h；

步骤三，球磨：将二次混料后的粉末装入球磨罐，充入氩气，在转速不高于200r/min的低能球磨机中球磨2h；

步骤四，压制：球磨后的粉末冷等静压成形，压制压力180MPa，保压时间15min；

步骤五，烧结：将压制后获得的坯料在氢气气氛下分段烧结，升温6h至900℃，然后保温

2h，升温2h至1200℃，然后保温3h，升温3h至1600℃，然后保温2h，升温2h至1900℃，然后保温6h；

步骤六，轧制：对烧结坯料轧制变形，开坯温度1200℃，总变形量90％，轧后板材厚度

1.0mm。

2.如权利要求1所述的高强韧低氧钼合金的制备方法，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为5份，氢化锆为0.8份，复合还原粉为1.6～8份，钼粉为1000份。

3.如权利要求1所述的高强韧低氧钼合金的制备方法，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为12份，氢化锆为1.4份，复合还原粉为1.6～8份，钼粉为1000份。

4.如权利要求1所述的高强韧低氧钼合金的制备方法，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为20份，氢化锆为2份，复合还原粉为1.6～8份，钼粉为1000份。

5.如权利要求1所述的高强韧低氧钼合金的制备方法，其特征在于，所述的高强韧钼合金的室温抗拉强度大于1200MPa，伸长率大于10.0％，氧含量小于等于200ppm。

说明书

一种高强韧低氧钼合金及制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于粉末冶金领域，涉及钼合金，具体涉及一种高强韧低氧钼合金及制备方法。

背景技术

[0002] 钼具有高温强度高、熔点高，导热导电性好，耐腐蚀性能好等优点使其广泛应用于电子玻封材料，核电核燃料包壳材料，发热体发热组件，医疗器械旋转阳极，航空航天的蒙皮材料，发动机的喷嘴等重要部件。但是钼因低温脆性严重限制钼合金的使用，影响低温脆性的主要原因是其中氧、氮元素的偏聚和高孔隙率。因此，开发利用氧、氮元素强化和低孔隙率的新型钼合金是提高钼合金性能和改进钼合金生产工艺、提高产品质量是钼合金研究者和生产者努力的主要方向。

[0003] 在设计钼合金和改善钼合金性能的方法上，主要通过掺入内氧化法合金化实现。其中TZM合金主要通过Ti、Zr固溶强化及与C元素形成第二相强化，稀土氧化物掺杂钼合金主要通过稀土氧化物掺杂强化、现有的掺杂钼合金主要靠掺入强化相为主，他们各自在不同的应用领域表现出优越的性能。随着现代工业的发展，目前钼合金的单一性能已不能在满足客户的要求了，对高温力学性能、低温塑形、高的韧性和高再结晶温度的综合性能优异的钼合金的开发和制备显得十分必要和迫切。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种高强韧低氧钼合金及制备方法，解决现有技术中的钼合金性能单一，氧含量较高的技术问题。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

[0006] 一种高强韧低氧钼合金，包括以下原料制成：氢化钛、氢化锆、复合还原粉和钼粉；所述的复合还原粉为镁粉、钙粉、铝粉和碳粉。

[0007] 本发明还具有如下技术特征：

[0008] 具体的，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为5～20份，氢化锆为0.8～2份，复合还原粉为1.6～8份，钼粉为1000份；

[0009] 所述的复合还原粉为碳粉、硼粉和铝粉按照质量比为1:1:1组成的混合粉。

[0010] 优选的，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为5份，氢化锆为0.8份，复合还原粉为1.6～8份，钼粉为1000份。

[0011] 优选的，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为12份，氢化锆为1.4份，复合还原粉为1.6～8份，钼粉为1000份。

[0012] 优选的，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为20份，氢化锆为2份，复合还原粉为1.6～8份，钼粉为1000份。

[0013] 所述的高强韧钼合金的室温抗拉强度大于1200MPa，伸长率大于10.0％，氧含量小于等于200ppm。

[0014] 本发明还保护一种高强韧低氧钼合金的制备方法，该方法采用如上所述的高强韧低氧钼合金配方。

[0015] 该方法包括下列步骤：

[0016] 步骤一，一次混料：按照配方比例配料，将氢化钛、氢化锆和复合还原粉使用三维混料机混合1h；

[0017] 步骤二，二次混料：将混合均匀的将氢化钛、氢化锆和复合还原粉与钼粉再次混合2～4h；

[0018] 步骤三，球磨：将二次混料后的粉末装入球磨罐，充入氩气，在转速不高于200r/min的低能球磨机中球磨2h；

[0019] 步骤四，压制：球磨后的粉末冷等静压成形，压制压力180MPa，保压时间15min；

[0020] 步骤五，烧结：将压制后获得的坯料在氢气气氛下分段烧结，升温6h至900℃，然后保温2h，升温2h至1200℃，然后保温3h，升温3h至1600℃，然后保温2h，升温2h至1900℃，然后保温6h；

[0021] 步骤六，轧制：对烧结坯料轧制变形，开坯温度1200℃，总变形量90％，轧后板材厚度1.0mm。

[0022] 本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

[0023] (Ⅰ)本发明的高强韧钼合金的综合性能好，室温抗拉强度大于1200MPa，伸长率大于10.0％，氧含量小于等于200ppm。

[0024] (Ⅱ)在成分设计上，TZM和MHC合金体系中，C元素一方面需要与氧结合形成一氧化碳或者二氧化碳气体排出基体，另一方面，C元素对强化相氧化物颗粒还原形成碳化物强化相。但是C元素形成的气体会在基体内部产生孔隙，C元素易于偏析，会与钼基体产生粗大的Mo2C，对钼合金的力学性能产生有害影响。

[0025] 本发明通过还原性更强的Mg、Ca、Al和C元素复合作为还原剂，一方面可以与氧结合，有效降低钼体系内有害元素氧的含量，降低在基体内部的偏析以及与基体生成粗大的第二相的影响，有利于添加的C元素生成弥散强化的TiC与ZrC第二相，另一方面，Mg、Ca、Al元素与氧元素可形成氧化镁、氧化钙与氧化铝(Tm＝1567℃)。四方结构的氧化镁与氧化钙、菱方结构的氧化铝相与体心立方的钼基体结构相似，能够与基体形成共格或半共格晶体学关系，强韧化作用显著。

[0026] (Ⅲ)在制备方法上，传统TZM合金主要是Ti、Zr元素的固溶强化和TiC、ZrC弥散强化起主要强化作用，因此防止TiH2、ZrH2、C元素的氧化成为制备高强韧低氧钼合金的关键。

[0027] 传统制备方法通过全元素粉末一次混料—球磨—压制—烧结—加工制备而成，由于TiH2、ZrH2、Mg、Ca、Al、C元素极易氧化，Mg、Ca、Al、元素相对于TiH2、ZrH2具有更强的还原性，TiH2、ZrH2与Mg、Ca、Al、C元素共存时能够有效防止TiH2、ZrH2氧化。因此，本制备采用一次混料，首先将TiH2、ZrH2与Mg、Ca、Al、C机械混合，能够提高TiH2、ZrH2与Mg、Ca、Al、C的共存分布，再者通过二次混料将TiH2、ZrH2与Mg、Ca、Al、C混合料与钼粉混合，采用氩气保护球磨再次防止TiH2、ZrH2、Mg、Ca、Al、与钼粉氧化，提高粉末混合的均匀性。有利于TiH2、ZrH2高温分解并产生有效的固溶强化和高温氧化镁、氧化钙、氧化铝第二相的形成，产生C元素对于氧的有效还原，最终实现高强韧低氧钼合金的制备。

附图说明

[0028] 图1为高强韧低氧钼合金拉伸曲线。

[0029] 图2为高强韧低氧钼合金的SEM照片。

[0030] 以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

[0031] 以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

[0032] 实施例1：

[0033] 本实施例给出一种高强韧低氧钼合金，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为5.0g，氢化锆为0.8g，镁粉为0.4g、钙粉为0.4g、铝粉为0.4g、碳粉为0.4g，钼粉为1000g。

[0034] 本实施例的高强韧低氧钼合金的制备方法包括下列步骤：

[0035] 步骤一，一次混料：按照配方比例配料，将氢化钛、氢化锆和复合还原粉使用三维混料机混合1h；

[0036] 步骤二，二次混料：将混合均匀的将氢化钛、氢化锆和复合还原粉与钼粉再次混合2～4h；

[0037] 步骤三，球磨：将二次混料后的粉末装入球磨罐，充入氩气，在转速不高于200r/min的低能球磨机中球磨2h；

[0038] 步骤四，压制：球磨后的粉末冷等静压成形，压制压力180MPa，保压时间15min；

[0039] 步骤五，烧结：将压制后获得的坯料在氢气气氛下分段烧结，升温6h至900℃，然后保温2h，升温2h至1200℃，然后保温3h，升温3h至1600℃，然后保温2h，升温2h至1900℃，然后保温6h；

[0040] 步骤六，轧制：对烧结坯料轧制变形，开坯温度1200℃，总变形量90％，轧后板材厚度1.0mm。

[0041] 本实施例的高强韧低氧钼合金拉伸曲线如图1所示，本实施例的高强韧低氧钼合金的SEM照片如图2所示。

[0042] 本实施例制得的高强韧低氧钼合金的室温抗拉强度为1297.56MPa，伸长率为11.2％，氧含量为200ppm。

[0043] 对比例1：

[0044] 本实施例给出一种韧钼合金，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为5.0g，氢化锆为0.8g，碳粉为0.4g，钼粉为1000g。即只使用实施例1中的复合还原粉中的碳粉。

[0045] 本对比例的钼合金的制备方法与实施例1基本相同。

[0046] 本对比例制得的钼合金的室温抗拉强度为1026MPa，伸长率为7.5％,，氧含量520ppm。

[0047] 对比例2：

[0048] 本实施例给出一种韧钼合金，配方与实施例1的配方相同。区别在于本对比例的钼合金的制备方法与实施例1不同。

[0049] 本对比例的钼合金的制备方法包括下列步骤：

[0050] 步骤一，混料：按照配方比例配料，将氢化钛、氢化锆、复合还原粉和与钼粉使用三维混料机混合3～5h；

[0051] 步骤二，球磨：将二次混料后的粉末装入球磨罐，充入氩气，在转速不高于400r/min的低能球磨机中球磨2h；

[0052] 步骤三，压制：与实施例1的步骤四基本相同。

[0053] 步骤四，烧结：将压制后获得的坯料在真空气氛下烧结，烧结温度1900℃，烧结时间30小时，随炉冷却，得到钼合金材料；

[0054] 步骤五，轧制：与实施例1的步骤六基本相同。

[0055] 本对比例制得的钼合金的室温抗拉强度为1135MPa，伸长率为9.6％，氧含量380ppm。

[0056] 对比例3：

[0057] 本实施例给出一种韧钼合金，区别在于，本对比例的配方制备方法均与实施例1不同。

[0058] 本对比例的配方与对比例1相同。

[0059] 本对比例的钼合金的制备方法与对比例2基本相同。

[0060] 本对比例制得的钼合金的室温抗拉强度为965MPa，伸长率为6.8％，氧含量456ppm。

[0061] 实施例2：

[0062] 本实施例给出一种高强韧低氧钼合金，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为5.0g，氢化锆为0.8g，镁粉为1.2g、钙粉为1.2g、铝粉为1.2g、碳粉为1.2g，钼粉为1000g。

[0063] 本实施例的高强韧低氧钼合金的制备方法与实施例1基本相同。

[0064] 本实施例的高强韧低氧钼合金拉伸曲线与图1基本相同，本实施例的高强韧低氧钼合金的SEM照片与图2基本相同。

[0065] 本实施例制得的高强韧低氧钼合金的室温抗拉强度为1223.56MPa，伸长率为11.2％，氧含量为198ppm。

[0066] 实施例3：

[0067] 本实施例给出一种高强韧低氧钼合金，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为5.0g，氢化锆为0.8g，镁粉为2g、钙粉为2g、铝粉为2g、碳粉为2g，钼粉为1000g。

[0068] 本实施例的高强韧低氧钼合金的制备方法与实施例1基本相同。

[0069] 本实施例的高强韧低氧钼合金拉伸曲线与图1基本相同，本实施例的高强韧钼合金的SEM照片与图2基本相同。

[0070] 本实施例制得的高强韧低氧钼合金的室温抗拉强度为1267.56MPa，伸长率为10.8％，氧含量为180ppm。

[0071] 实施例4：

[0072] 本实施例给出一种高强韧低氧钼合金，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为12.0g，氢化锆为1.4g，镁粉为0.4g、钙粉为0.4g、铝粉为0.4g、碳粉为0.4g，钼粉为1000g。

[0073] 本实施例的高强韧低氧钼合金的制备方法与实施例1基本相同。

[0074] 本实施例的高强韧低氧钼合金拉伸曲线与图1基本相同，本实施例的高强韧钼合金的SEM照片与图2基本相同。

[0075] 本实施例制得的高强韧低氧钼合金的室温抗拉强度为1236MPa，伸长率为10.5％，氧含量194ppm。

[0076] 实施例5：

[0077] 本实施例给出一种高强韧低氧钼合金，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为12.0g，氢化锆为1.4g，镁粉为1.2g、钙粉为1.2g、铝粉为1.2g、碳粉为1.2g，钼粉为1000g。

[0078] 本实施例的高强韧低氧钼合金的制备方法与实施例1基本相同。

[0079] 本实施例的高强韧低氧钼合金拉伸曲线与图1基本相同，本实施例的高强韧钼合金的SEM照片与图2基本相同。

[0080] 本实施例制得的高强韧钼合金的室温抗拉强度为1274MPa，伸长率为10.2％，氧含量188ppm。

[0081] 实施例6：

[0082] 本实施例给出一种高强韧低氧钼合金，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为12.0g，氢化锆为1.4g，镁粉为2.0g、钙粉为2.0g、铝粉为2.0g、碳粉为2.0g，钼粉为1000g。

[0083] 本实施例的高强韧低氧钼合金的制备方法与实施例1基本相同。

[0084] 本实施例的高强韧低氧钼合金拉伸曲线与图1基本相同，本实施例的高强韧钼合金的SEM照片与图2基本相同。

[0085] 本实施例制得的高强韧低氧钼合金的室温抗拉强度为1279MPa，伸长率为10.6％，氧含量172ppm。

[0086] 实施例7：

[0087] 本实施例给出一种高强韧低氧钼合金，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为20.0g，氢化锆为2.0g，镁粉为0.4g、钙粉为0.4g、铝粉为0.4g、碳粉为0.4g，钼粉为1000g。

[0088] 本实施例的高强韧低氧钼合金的制备方法与实施例1基本相同。

[0089] 本实施例的高强韧低氧钼合金拉伸曲线与图1基本相同，本实施例的高强韧钼合金的SEM照片与图2基本相同。

[0090] 本实施例制得的高强韧低氧钼合金的室温抗拉强度为1221MPa，伸长率为10.6％，氧含量186ppm。

[0091] 实施例8：

[0092] 本实施例给出一种高强韧低氧钼合金，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为20.0g，氢化锆为2.0g，镁粉为1.2g、钙粉为1.2g、铝粉为1.2g、碳粉为1.2g，钼粉为1000g。

[0093] 本实施例的高强韧低氧钼合金的制备方法与实施例1基本相同。

[0094] 本实施例的高强韧低氧钼合金拉伸曲线与图1基本相同，本实施例的高强韧钼合金的SEM照片与图2基本相同。

[0095] 本实施例制得的高强韧钼合金的室温抗拉强度为1242MPa，伸长率为10.3％，氧含量178ppm。

[0096] 实施例9：

[0097] 本实施例给出一种高强韧低氧钼合金，以重量份数计，由以下原料制成：氢化钛为20.0g，氢化锆为2.0g，镁粉为2.0g、钙粉为2.0g、铝粉为2.0g、碳粉为2.0g，钼粉为1000g。

[0098] 本实施例的高强韧低氧钼合金的制备方法与实施例1基本相同。

[0099] 本实施例的高强韧低氧钼合金拉伸曲线与图1基本相同，本实施例的高强韧钼合金的SEM照片与图2基本相同。

[0100] 本实施例制得的高强韧低氧钼合金的室温抗拉强度为1265MPa，伸长率为10.6％，氧含量160ppm。