一种Al2O3增强TZM合金、复合粉体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Al2O3增强TZM合金、复合粉体及其制备方法。该TZM合金的制备包括以下步骤：1)将Al2O3/Mo复合粉体、石墨粉、氢化锆、氢化钛混合均匀，制得复合粉体；2)将步骤1)所得复合粉体压制成型，在1850‑2000℃烧结1‑3h，即得。本发明专利技术提供的Al2O3增强TZM合金的制备方法，向TZM合金中加入纳米级的Al2O3颗粒，Al2O3颗粒增加了TZM合金中纳米级第二相的比例，并且提供了形核中心，有利于细化晶粒，减轻团聚，使TZM合金具有良好的拉伸强度和耐磨性能，并且改善了其塑性加工性能。

A TZM Alloy and Composite Powder Reinforced by Al2O3 and Its Preparation Method

The invention relates to an Al2O3 reinforced TZM alloy, a composite powder and a preparation method thereof. The preparation of the TZM alloy consists of the following steps: 1) Al2O3/Mo composite powder, graphite powder, zirconium hydride and titanium hydride are mixed evenly to prepare composite powder; 2) The composite powder obtained in step 1 is compacted and sintered at 1850 2000 C for 1 3 h. The preparation method of the Al2O3 reinforced TZM alloy provided by the invention adds nano-sized Al2O3 particles to the TZM alloy. The Al2O3 particles increase the proportion of nano-sized second phase in the TZM alloy, and provide nucleation centers, which are conducive to grain refinement, reduce agglomeration, make the TZM alloy have good tensile strength and wear resistance, and improve its plastic processing performance.

【技术实现步骤摘要】
一种Al2O3增强TZM合金、复合粉体及其制备方法
本专利技术属于钼合金领域，具体涉及一种Al2O3增强TZM合金、复合粉体及其制备方法。
技术介绍
TZM合金是目前常用的一种高温钼合金，它是在纯钼的基础上添加少量的钛、锆和碳形成的一种高温钼合金。TZM合金具有熔点高、强度和弹性模量高、抗蚀性强以及高温力学性能优良等特点，主要用于制作1000℃以上的工况条件下服役的高温零部件，广泛应用于各种领域，如火箭喷嘴、喷管喉衬、燃气管道、鱼雷发动机中的配气阀体、无缝不锈钢管的穿孔顶头、黑色或有色金属行业的压铸模具、热等静压机的隔热屏、高温炉的炉壁等。TZM合金的化学成分一般为：钛0.4-0.55％，锆0.06-0.12％，碳0.01-0.04％，余量为钼，合金元素总量不超过1％。TZM合金的生产方法主要有两种：真空熔炼法和粉末冶金法，由于钼的熔点很高(2610℃)，真空熔炼法生产TZM合金存在工序长、工艺复杂、成本高等不足；目前多采用粉末冶金法进行生产。公布号为CN102041404A的中国专利申请公开了一种TZM合金的制备方法，其是将工业钼粉、含有钛、锆的粉末以及碳单质粉末以一定的质量比混合均匀，在100-300MPa下压制成坯后，在保护气氛下于1800-2300℃烧结5-15h制得TZM合金。TZM合金的强化方式主要有固溶强化和第二相强化，固溶强化是Ti、Zr等合金元素固溶于钼基体中，使钼晶粒的晶格发生畸变，对钼起着固溶强化的作用，并且加入的合金元素原子与钼原子的尺寸差别越大，强化效果越明显。Zr(原子直径约)相对于Mo(原子直径约)的原子尺寸因子较大，强化效果最明显，而Ti(原子直径约)与Mo的原子尺寸因子相对较小，固溶效果比Zr略差。TZM合金中的Zr和Ti除可固溶于钼基体外，还可与C形成细小的TiC和ZrC颗粒，弥散分布于钼基体之中，可有效地阻碍位错运动，产生第二相强化。C的加入量要有一个合适的比例，碳加入量太大，除形成TiC和ZrC外，还生成块状的Mo2C，对机械性能不利，m(Ti+Zr)/m(C)的最佳比例在4-10之间。加入Zr和Ti可提高钼合金的高温强度和再结晶温度，其再结晶温度比纯钼高300℃左右。综合来看，TZM合金中，Zr和Ti固溶于钼基体中，具有固溶强化作用，弥散分布的ZrC和TiC具有弥散强化作用。事实上，Zr在Mo中的固溶量有限，并且TZM合金中的碳化物较少，而氧化物较多，大部分都形成了氧化钛、氧化锆和氧化钼。研究表明，Zr在Mo中的固溶量较小且固溶成分分布不均匀，大量的Zr被氧化成ZrO2，Mo-Zr合金中第二相颗粒主要分布于晶界处，且数量较少，尺寸较大，均已达到微米级，因此其细化晶粒作用不明显，反而会引起晶界脆化，因此当Zr的添加量超过一定程度后，或钼粉中的含氧量过高，将会大量形成微米级的ZrO2粒子，造成材料的强度下降。在Mo-Ti合金中，Ti在Mo中的固溶量较大，同时生成部分MoxTiyOz复合氧化物，并且这些氧化物粒子也达到了微米级，它的存在能促进晶间裂纹的形成与扩展，大大降低合金强度，对材料的力学性能不利。目前，尚缺少一种稳定有效的强化手段来增强TZM合金的力学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Al2O3增强TZM合金的制备方法，以解决现有方法制备的TZM合金的拉伸强度较低的问题。本专利技术的第二个目的在于提供一种Al2O3增强TZM合金，以解决现有TZM合金的拉伸强度较低的问题。本专利技术的第三个目的在于提供一种用于制备TZM合金的复合粉体的制备方法，以解决现有粉体制备的TZM合金的拉伸强度较低的问题。本专利技术的第四个目的在于提供一种石墨/ZrH2/TiH2/Al2O3/Mo复合粉体，以解决现有粉体制备的TZM合金的拉伸强度较低的问题。为实现上述目的，本专利技术的Al2O3增强TZM合金的制备方法所采用的技术方案是：一种Al2O3增强TZM合金的制备方法，包括以下步骤：1)将Al2O3/Mo复合粉体、石墨粉、氢化锆、氢化钛混合均匀，制得复合粉体；2)将步骤1)所得复合粉体压制成型，在1850-2000℃烧结1-3h，即得。本专利技术提供的Al2O3增强TZM合金的制备方法，向TZM合金中加入纳米级的Al2O3颗粒，Al2O3颗粒增加了TZM合金中纳米级第二相的比例，并且提供了形核中心，有利于细化晶粒，减轻团聚，使TZM合金具有良好的拉伸强度和耐磨性能，并且改善了其塑性加工性能。步骤1)中，为使Al2O3在Mo中弥散分布程度更高，从而进一步优化Al2O3对TZM合金的强化效果，优选的，所述Al2O3/Mo复合粉体由包括以下步骤的方法制得：将可溶性铝盐与钼酸铵原料在溶剂中混合均匀，煅烧，还原，即得。煅烧时满足相关原料充分转化为Al2O3即可，为方便Al2O3的转化并避免其他物料的不良转化，优选的，所述煅烧的温度为520-550℃，煅烧的时间为3-5h。为更好的促进Mo的还原生成，优选的，所述还原是在还原性气氛下，先在530-560℃还原4-6h，然后再在940-960℃还原8-10h。为更好的降低压制成型所得坯体的缺陷，提高坯体的一致性和致密度，优选的，步骤2)中，所述压制成型是在180-260MPa下保压5-10min。本专利技术的Al2O3增强TZM合金所采用的技术方案是：一种Al2O3增强TZM合金，由以下重量百分比的组分组成：Al2O30.1-1.0％，Ti0.4-0.6％，Zr0.06-0.12％，C0.01％-0.04％，余量为Mo。本专利技术提供的Al2O3增强TZM合金，向TZM合金中引入Al2O3颗粒进行第二相强化，其提供了形核中心，有利于细化晶粒，减轻团聚，经Al2O3颗粒增强的TZM合金具有更好的强度和耐磨性能，并在一定程度上改善了塑性加工性能。本专利技术的用于制备TZM合金的复合粉体的制备方法所采用的技术方案是：一种用于制备TZM合金的复合粉体的制备方法，包括以下步骤：将Al2O3/Mo复合粉体、石墨粉、氢化锆、氢化钛混料18-24h，即得。本专利技术提供的用于制备TZM合金的复合粉体的制备方法，可方便将Al2O3均匀引入粉体中，利用该复合粉体可方便制备Al2O3颗粒增强TZM合金，所得TZM合金具有良好的强度、耐磨性和塑性加工性能。Al2O3/Mo复合粉体的优选方案与上述TZM合金的制备方法的技术方案中Al2O3/Mo复合粉体的优选方案相同，在此不再详述。为获得力学性能更加优良的TZM合金，优选的，Al2O3/Mo复合粉体、石墨粉、氢化锆、氢化钛的质量比为(9924-9953)：(1-4)：(6-12)：(40-60)。为使各原料的混料均匀程度更好，优选的，Al2O3/Mo复合粉体的粒径不大于200目，石墨粉的粒径不大于400目，氢化锆的粒径不大于250目，氢化钛的粒径不大于250目。本专利技术的石墨/ZrH2/TiH2/Al2O3/Mo复合粉体所采用的技术方案是：一种由上述用于制备TZM合金的复合粉体的制备方法制得的石墨/ZrH2/TiH2/Al2O3/Mo复合粉体。本专利技术提供的石墨/ZrH2/TiH2/Al2O3/Mo复合粉体，可方便制备Al2O3颗粒增强TZM合金，所得TZM合金具有良好的强度、耐磨性和塑性加工性能。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Al2O3增强TZM合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将Al2O3/Mo复合粉体、石墨粉、氢化锆、氢化钛混合均匀，制得复合粉体；2)将步骤1)所得复合粉体压制成型，在1850‑2000℃烧结1‑3h，即得。

【技术特征摘要】
1.一种Al2O3增强TZM合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将Al2O3/Mo复合粉体、石墨粉、氢化锆、氢化钛混合均匀，制得复合粉体；2)将步骤1)所得复合粉体压制成型，在1850-2000℃烧结1-3h，即得。2.如权利要求1所述的Al2O3增强TZM合金的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述Al2O3/Mo复合粉体由包括以下步骤的方法制得：将可溶性铝盐与钼酸铵原料在溶剂中混合均匀，煅烧，还原，即得。3.如权利要求2所述的Al2O3增强TZM合金的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为520-550℃，煅烧的时间为3-5h。4.如权利要求2所述的Al2O3增强TZM合金的制备方法，其特征在于，所述还原是在还原性气氛下，先在530-560℃还原4-6h，然后再在940-960℃还原8-10h。5.如权利要求1或2所述的Al2O3增强TZM合金的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述压制成型是在180-260MPa下保压5-10min。6.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玉成，魏世忠，徐流杰，李秀青，刘萌萌，陈冲，熊美，李继文，潘昆明，王喜然，张程，毛丰，王晓东，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41