一种强韧抗高温氧化钼合金及其制备的方法

摘要

本发明提出一种强韧抗高温氧化钼合金及其制备的方法，钼合金由钼、硅、硼和锆组成，其中：含硅的质量百分数范围为2.2％～4％，含硼的质量百分数范围为0.8％～1％，含锆的质量百分数范围为0.8％～1％，其余成分为钼。本发明采用固‑固混合的方式进行混料，利用机械球磨或高能球磨制备出颗粒均匀的预合金粉末，将合金后的球磨粉末进行烧结得到钼合金材料，再经过包埋渗硅处理，得到强韧抗氧化的钼合金。本发明制备的钼合金具有较好的致密度、较强的韧性和抗高温氧化性能，因此具有广阔的应用前景和推广价值。

权利要求

1.一种制备强韧抗高温氧化钼合金的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：取表面无杂质的Si粉、B粉、Zr粉和Mo粉，按照Si粉：1.4％～3％，B粉：0.8％～

1％，Zr粉：0.8％～1％，余量为Mo粉；称取各单质粉末，进行混合，用混料机进行混料，再将得到的混料在行星球磨机中进行固-固球磨，使之球磨均匀，得到预合金粉末；

步骤2：将步骤1得到的预合金粉末隔离包装后放入模具中，包套完毕放入冷等静压设备中，设定好压强和保压时间进行压制，得到胚料；

步骤3：将步骤2得到的胚料放在烧结炉中在真空条件下进行烧结，烧结完毕随炉冷却，得到抗弯强度大于420MPa的钼合金材料；

步骤4：采用包埋法渗硅处理，渗剂成分为：Si、NaF和Na2SiF6粉末；称取质量分数25％的Si粉、5％的NaF粉和70％的Na2SiF6粉，球磨混合均匀后得到渗剂粉，将渗剂粉填入小坩埚中，将步骤3得到的钼合金整体埋入渗剂粉中，再将小坩埚置于大坩埚中，小坩埚四周填充渗剂粉后密封大坩埚；将大坩埚放在烧结炉中进行烧结和保温，渗硅完毕可得到硅含量在

2.2％～4％的强韧抗高温氧化钼合金。

2.根据权利要求1所述一种强韧抗高温氧化钼合金的制备方法，其特征在于：步骤1中，选取的钼粉体颗粒的中值粒径为1～3μm，纯度不低于99.95％；硅粉体颗粒的中值粒径为2～4μm，纯度不低于99.90％；硼粉体颗粒的中值粒径为2～4μm，纯度不低于99.50％；锆粉体颗粒的中值粒径为20～40μm，纯度不低于99.90％。

3.根据权利要求1所述一种强韧抗高温氧化钼合金的制备方法，其特征在于：步骤1中，称取合金所需的各个单质粉末后，用混料机进行混料球磨处理，球料比为5：1,时长为15～

20小时，将得到的混料在行星球磨机中进行固-固球磨，球磨时长20小时，球磨机每小时换一次旋转方向，使之球磨均匀。

4.根据权利要求1所述一种强韧抗高温氧化钼合金的制备方法，其特征在于：步骤2中，将预合金粉末放入石墨模具中，并在石墨模具中使用石墨纸将粉末与模具隔离；包套完毕放入冷等静压设备中，压制压强为200MPa。

5.根据权利要求1所述一种强韧抗高温氧化钼合金的制备方法，其特征在于：步骤3中烧结炉烧结气氛为0.01Pa以内的真空环境，烧结温度为1550℃～1710℃，得到抗弯强度大于420MPa的钼合金材料。

6.根据权利要求1所述一种强韧抗高温氧化钼合金的制备方法，步骤4中，采用Ar气作为保护气体,渗硅温度为1000℃，保温时长4～6小时，取出样品后进行超声波清洗，去除残留在表面的试剂，最后进行干燥处理，得到硅含量在2.2％～4％的强韧抗高温氧化钼合金。

7.根据权利要求1所述一种强韧抗高温氧化钼合金的制备方法，步骤4中，钼合金整体埋入氧化铝小坩埚内的渗剂粉中后，将小坩埚内用渗剂粉填满压实，并加盖，盖上通气口；

再将加盖后的小坩埚置于氧化铝大坩埚中。

说明书

一种强韧抗高温氧化钼合金及其制备的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及粉末冶金领域，涉及一种强韧抗高温氧化钼合金及其制备的方法。

背景技术

[0002] 钼硅硼合金是一种难熔材料，具有高熔点、高温强度和高硬度等特性，具有十分重要的应用前景。但不同成分体系、成型工艺和掺杂元素对合金的金相组织有关键影响，良好断裂韧性和抗高温氧化性综合性能的平衡是面临的关键问题，这都限制了钼系合金的发展和应用。因此研究和开发性能优异的钼合金和改善成形工艺以及提高产品质量是研究者努力的重要方向。

发明内容

[0003] 为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种强韧抗高温氧化钼合金及其制备的方法，基于球磨工艺，采用烧结以及包埋渗硅处理获得微观组织分布理想的钼合金，在一系列工艺措施保证下，获得掺杂锆的钼硅硼合金，其具备良好的室温断裂韧性，渗硅处理改善了氧化层在高温下萎缩的情况，极大的提高了抗高温氧化性能。

[0004] 本发明的技术方案为：

[0005] 所述一种强韧抗高温氧化钼合金，其特征在于：该强韧抗高温氧化钼合金由以下质量百分比的化学元素组成：Si，2.2％～4％；B，0.8％～1％；Zr，0.8％～1％；其余为Mo和不可避免的杂质；化学元素的质量百分比之和为100％。

[0006] 所述一种强韧抗高温氧化钼合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

[0007] 步骤1：取表面无杂质的Si粉、B粉、Zr粉和Mo粉，按照Si粉：1.4％～3％，B粉：0.8％～1％，Zr粉：0.8％～1％，余量为Mo粉称取各单质粉末，进行混合，用混料机进行混料，再将得到的混料在行星球磨机中进行固-固球磨，使之球磨均匀，得到预合金粉末；

[0008] 步骤2：将步骤1得到的预合金粉末隔离包装后放入模具中，包套完毕放入冷等静压设备中，设定好压强和保压时间进行压制，得到胚料；

[0009] 步骤3：将步骤2得到的胚料放在烧结炉中在真空条件下进行烧结，烧结完毕随炉冷却，得到抗弯强度大于420Mpa的钼合金材料；

[0010] 步骤4：采用包埋法渗硅处理，渗剂成分为：Si、NaF和Na2SiF6粉末；称取质量分数25％的Si粉、5％的NaF粉和70％的Na2SiF6粉，球磨混合均匀后得到渗剂粉，将渗剂粉填入小坩埚中，将步骤3得到的钼合金整体埋入渗剂粉中，再将小坩埚置于大坩埚中，小坩埚四周填充渗剂粉后密封大坩埚；将大坩埚放在烧结炉中进行烧结和保温，渗硅完毕可得到硅含量在2.2％～4％的强韧抗高温氧化钼合金。

[0011] 进一步的优选方案，其特征在于：步骤1中，选取的钼粉体颗粒的中值粒径为1～3μm，纯度不低于99.95％；硅粉体颗粒的中值粒径为2～4μm，纯度不低于99.90％；硼粉体颗粒的中值粒径为2～4μm，纯度不低于99.50％；锆粉体颗粒的中值粒径为20～40μm，纯度不低于99.90％。

[0012] 进一步的优选方案，其特征在于：步骤1中，称取合金所需的各个单质粉末后，用混料机进行混料球磨处理，球料比为5：1,时长为15～20小时，将得到的混料在行星球磨机中进行固-固球磨，球磨时长20小时，球磨机每小时换一次旋转方向，使之球磨均匀。

[0013] 进一步的优选方案，其特征在于：步骤2中，将预合金粉末放入石墨模具中，并在石墨模具中使用石墨纸将粉末与模具隔离；包套完毕放入冷等静压设备中，压制压强为200Mpa。

[0014] 进一步的优选方案，其特征在于：步骤3中烧结炉烧结气氛为0.01Pa以内的真空环境，烧结温度为1550℃～1710℃，得到抗弯强度大于420Mpa的钼合金材料。

[0015] 进一步的优选方案，其特征在于：步骤4中，采用Ar气作为保护气体,渗硅温度为1000℃，保温时长4～6小时，取出样品后进行超声波清洗。去除残留在表面的试剂，最后进行干燥处理，得到硅含量在2.2％～4％的强韧抗高温氧化钼合金。

[0016] 进一步的优选方案，其特征在于：步骤4中，钼合金整体埋入氧化铝小坩埚内的渗剂粉中后，将小坩埚内用渗剂粉填满压实，并加盖，盖上通气口；再将加盖后的小坩埚置于氧化铝大坩埚中。

[0017] 有益效果

[0018] 本发明提供了一种强韧抗高温氧化性钼合金及其制备方法，通过采用球磨工艺获取核心预合金粉，利用快速烧结形成致密度良好的强韧钼合金，再通过包埋渗硅处理获得提高抗高温氧化的钼合金产品。本次制备的相组合为Moss、Mo3Si和Mo5SiB2，连续分布的Moss基体能够提供良好的室温断裂韧性，为韧性相，在高温环境中，其表面能够由Mo3Si和Mo5SiB2提供的硼硅源形成玻璃相对基体进行保护。

[0019] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0020] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0021] 图1为本发明制备渗硅处理装置结构图。内部为一50mL坩埚，上端有通气口，用于放出汽化的渗剂，将试样放入混合的渗硅剂中后填充完全，密封口盖，外部为一100mL坩埚，填充一定量的与相同的渗硅剂，密封口盖。

具体实施方式

[0022] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0023] 本发明实施例所用钼颗粒购买于陕西金堆城钼业集团有限公司。硅粉、硼粉、锆粉以及NaF和Na2SiF6粉末采购于罗恩试剂。

[0024] 实施例1

[0025] 称取Mo粉2520g，Si粉75.6g，B粉25.2g，Zr粉20.16g放入混料机混料15小时，再将混料放入行星球磨机(QM-3SP4)球磨20小时，球料比5:1,转速300r/min，球磨机每小时换一次旋转方向，使之球磨均匀，得到预合金粉末。其中选取的钼粉体颗粒的中值粒径为1～3μm，纯度不低于99.95％；硅粉体颗粒的中值粒径为2～4μm，纯度不低于99.90％；硼粉体颗粒的中值粒径为2～4μm，纯度不低于99.50％；锆粉体颗粒的中值粒径为20～40μm，纯度不低于99.90％。

[0026] 将预合金粉末放入石墨模具中，并在石墨模具中使用石墨纸将粉末与模具隔离；包套完毕放入冷等静压设备中，设定压制压强为200Mpa，保压时间30s，压制得到胚料；

[0027] 将压制成的胚料放入烧结炉中，烧结炉烧结气氛为0.01Pa以内的真空环境，烧结温度为1550℃,保温时长6min，烧结完毕随炉冷却，真空烧结得到抗弯强度大于420Mpa的钼合金材料。

[0028] 按比例称取Si粉250g，NaF粉50g，Na2SiF6粉700g放入行星球磨机球磨20小时，球料比8：1,转速300r/min。得到渗剂粉。将渗剂粉放入50mL氧化铝坩埚,将得到的钼合金整体埋入渗剂粉中，将50mL坩埚内用渗剂粉填满压实，并加盖；再将加盖后的50mL坩埚放入100mL坩埚中，50mL坩埚四周填充渗剂粉后再密封100mL坩埚，将100mL坩埚放入电阻炉中，采用Ar气作为保护气体,渗硅温度为1000℃，保温时长4小时，随炉冷却后取出样品后进行超声波清洗，去除残留在表面的试剂，最后进行干燥处理，得到强韧抗高温氧化钼合金。

[0029] 实施例2

[0030] 称取Mo粉2548g，Si粉39.6g，B粉26.4g，Zr粉25.8g放入混料机混料20小时，再将混料放入行星球磨机(QM-3SP4)球磨20小时，球料比5:1,转速300r/min，球磨机每小时换一次旋转方向，使之球磨均匀，得到预合金粉末。其中选取的钼粉体颗粒的中值粒径为1～3μm，纯度不低于99.95％；硅粉体颗粒的中值粒径为2～4μm，纯度不低于99.90％；硼粉体颗粒的中值粒径为2～4μm，纯度不低于99.50％；锆粉体颗粒的中值粒径为20～40μm，纯度不低于99.90％。

[0031] 将预合金粉末放入石墨模具中，并在石墨模具中使用石墨纸将粉末与模具隔离；包套完毕放入冷等静压设备中，设定压制压强为200Mpa，保压时间30s，压制得到胚料；

[0032] 将压制成的胚料放入烧结炉中，烧结炉烧结气氛为0.01Pa以内的真空环境，烧结温度为1700℃,保温时长6min，烧结完毕随炉冷却，真空烧结得到抗弯强度大于420Mpa的钼合金材料。

[0033] 按比例称取Si粉250g，NaF粉50g，Na2SiF6粉700g放入行星球磨机球磨20小时，球料比8：1,转速300r/min。得到渗剂粉。将渗剂粉放入50mL氧化铝坩埚,将得到的钼合金整体埋入渗剂粉中，将50mL坩埚内用渗剂粉填满压实，并加盖；再将加盖后的50mL坩埚放入100mL坩埚中，50mL坩埚四周填充渗剂粉后再密封100mL坩埚，将100mL坩埚放入电阻炉中，采用Ar气作为保护气体,渗硅温度为1000℃，保温时长6小时，随炉冷却后取出样品后进行超声波清洗，去除残留在表面的试剂，最后进行干燥处理，得到强韧抗高温氧化钼合金。

[0034] 实施例3

[0035] 称取Mo粉2551g，Si粉44.9g，B粉21.6g，Zr粉22.3g放入混料机混料15小时，再将混料放入行星球磨机(QM-3SP4)球磨20小时，球料比5:1,转速300r/min，球磨机每小时换一次旋转方向，使之球磨均匀，得到预合金粉末。其中选取的钼粉体颗粒的中值粒径为1～3μm，纯度不低于99.95％；硅粉体颗粒的中值粒径为2～4μm，纯度不低于99.90％；硼粉体颗粒的中值粒径为2～4μm，纯度不低于99.50％；锆粉体颗粒的中值粒径为20～40μm，纯度不低于99.90％。

[0036] 将预合金粉末放入石墨模具中，并在石墨模具中使用石墨纸将粉末与模具隔离；包套完毕放入冷等静压设备中，设定压制压强为200Mpa，保压时间30s，压制得到胚料；

[0037] 将压制成的胚料放入烧结炉中，烧结炉烧结气氛为0.01Pa以内的真空环境，烧结温度为1600℃,保温时长6min，烧结完毕随炉冷却，真空烧结得到抗弯强度大于420Mpa的钼合金材料。

[0038] 按比例称取Si粉250g，NaF粉50g，Na2SiF6粉700g放入行星球磨机球磨20小时，球料比8：1,转速300r/min。得到渗剂粉。将渗剂粉放入50mL氧化铝坩埚,将得到的钼合金整体埋入渗剂粉中，将50mL坩埚内用渗剂粉填满压实，并加盖；再将加盖后的50mL坩埚放入100mL坩埚中，50mL坩埚四周填充渗剂粉后再密封100mL坩埚，将100mL坩埚放入电阻炉中，采用Ar气作为保护气体,渗硅温度为1000℃，保温时长5小时，随炉冷却后取出样品后进行超声波清洗，去除残留在表面的试剂，最后进行干燥处理，得到强韧抗高温氧化钼合金。

[0039] 实施例4

[0040] 称取Mo粉2508g，Si粉79.2g，B粉26.4g，Zr粉26.4g放入混料机混料18小时，再将混料放入行星球磨机(QM-3SP4)球磨20小时，球料比5:1,转速300r/min，球磨机每小时换一次旋转方向，使之球磨均匀，得到预合金粉末。其中选取的钼粉体颗粒的中值粒径为1～3μm，纯度不低于99.95％；硅粉体颗粒的中值粒径为2～4μm，纯度不低于99.90％；硼粉体颗粒的中值粒径为2～4μm，纯度不低于99.50％；锆粉体颗粒的中值粒径为20～40μm，纯度不低于99.90％。

[0041] 将预合金粉末放入石墨模具中，并在石墨模具中使用石墨纸将粉末与模具隔离；包套完毕放入冷等静压设备中，设定压制压强为200Mpa，保压时间30s，压制得到胚料；

[0042] 将压制成的胚料放入烧结炉中，烧结炉烧结气氛为0.01Pa以内的真空环境，烧结温度为1700℃,保温时长6min，烧结完毕随炉冷却，真空烧结得到抗弯强度大于420Mpa的钼合金材料。

[0043] 按比例称取Si粉250g，NaF粉50g，Na2SiF6粉700g放入行星球磨机球磨20小时，球料比8：1,转速300r/min。得到渗剂粉。将渗剂粉放入50mL氧化铝坩埚,将得到的钼合金整体埋入渗剂粉中，将50mL坩埚内用渗剂粉填满压实，并加盖；再将加盖后的50mL坩埚放入100mL坩埚中，50mL坩埚四周填充渗剂粉后再密封100mL坩埚，将100mL坩埚放入电阻炉中，采用Ar气作为保护气体,渗硅温度为1000℃，保温时长4小时，随炉冷却后取出样品后进行超声波清洗，去除残留在表面的试剂，最后进行干燥处理，得到强韧抗高温氧化钼合金。

[0044] 实施例5

[0045] 称取Mo粉2561g，Si粉37.0g，B粉21.1g，Zr粉21.1g放入混料机混料15小时，再将混料放入行星球磨机(QM-3SP4)球磨20小时，球料比5:1,转速300r/min，球磨机每小时换一次旋转方向，使之球磨均匀，得到预合金粉末。其中选取的钼粉体颗粒的中值粒径为1～3μm，纯度不低于99.95％；硅粉体颗粒的中值粒径为2～4μm，纯度不低于99.90％；硼粉体颗粒的中值粒径为2～4μm，纯度不低于99.50％；锆粉体颗粒的中值粒径为20～40μm，纯度不低于99.90％。

[0046] 将预合金粉末放入石墨模具中，并在石墨模具中使用石墨纸将粉末与模具隔离；包套完毕放入冷等静压设备中，设定压制压强为200Mpa，保压时间30s，压制得到胚料；

[0047] 将压制成的胚料放入烧结炉中，烧结炉烧结气氛为0.01Pa以内的真空环境，烧结温度为1710℃,保温时长6min，烧结完毕随炉冷却，真空烧结得到抗弯强度大于420Mpa的钼合金材料。

[0048] 按比例称取Si粉250g，NaF粉50g，Na2SiF6粉700g放入行星球磨机球磨20小时，球料比8：1,转速300r/min。得到渗剂粉。将渗剂粉放入50mL氧化铝坩埚,将得到的钼合金整体埋入渗剂粉中，将50mL坩埚内用渗剂粉填满压实，并加盖；再将加盖后的50mL坩埚放入100mL坩埚中，50mL坩埚四周填充渗剂粉后再密封100mL坩埚，将100mL坩埚放入电阻炉中，采用Ar气作为保护气体,渗硅温度为1000℃，保温时长4小时，随炉冷却后取出样品后进行超声波清洗，去除残留在表面的试剂，最后进行干燥处理，得到强韧抗高温氧化钼合金。

[0049] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。