一种制备NbCr2金属间化合物的方法技术

提供一种制备NbCr2金属间化合物的方法，属于金属间化合物新材料制备技术领域。采用粉末冶金法，将纯度为99.9%的高纯Nb、Cr粉按原子百分比Nb30‑35at%、Cr65‑70at%混合，在高能球磨机中球磨20‑25h，每隔4h停机10‑15min。球磨后的粉体放入石墨模具中，在放电等离子机上进行烧结，烧结温度为1000℃‑1100℃，烧结过程以50‑100℃/min的速度升温至烧结温度后保温10‑20min，同时施加20‑30MPa的压力，然后随炉冷却至室温。本发明专利技术的优点在于能够制备出致密度大于98%、组织均匀的NbCr2金属间化合物，具有较好的抗氧化性能和断裂韧性，并且工艺简单、时间短，易于操作。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】提供一种制备NbCr2，属于金属间化合物新材料制备
采用粉末冶金法，将纯度为99.9%的高纯Nb、Cr粉按原子百分比Nb30?35at%、Cr65?70at%混合，在高能球磨机中球磨20?25h，每隔4h停机10?15min。球磨后的粉体放入石墨模具中，在放电等离子机上进行烧结，烧结温度为1000℃?1100℃，烧结过程以50?100℃/min的速度升温至烧结温度后保温10?20min，同时施加20?30MPa的压力，然后随炉冷却至室温。本专利技术的优点在于能够制备出致密度大于98%、组织均匀的NbCr2金属间化合物，具有较好的抗氧化性能和断裂韧性，并且工艺简单、时间短，易于操作。【专利说明】一种制备NbCr2
本专利技术属于金属间化合物新材料制备
，具体涉及一种采用粉末冶金法+放电等离子烧结制备高性能NbCr2金属间化合物制备方法。
技术介绍
随着航空航天技术的发展，飞行器要求有更高的推重比，对涡轮发动机材质提出了更高的要求，难熔合金成为潜在的候选材料，特别是铌合金、铬化物等。(见:聂小武，鲁世强，王克鲁，等.Laves相金属间铬化物的制备研究进展.铸造技术，2006，27(7):756-759.)NbCr2合金具有较高的熔点(1770°C)、良好的高温力学性能、适当的密度等优点，成为具有应用前景的结构材料并受到了广泛的关注，但这类材料的缺点是室温脆性大、断裂韧性低。(见:聂小武，何燕，熊顺林，等.粉末冶金制备Laves相NbCr2化合物的强韧化研究进展.热加工工艺，2011，(11):8-11.) 目前还没有开发出工业化应用的制备NbCr2合金的工艺，处于试验阶段的方法有粉末烧结法、热压法、熔铸法等。由于Nb、Cr合金元素熔点高，采用熔铸法制备时需要高温度熔炼费时费电，且容易存在缩孔缩松缺陷;采用烧结法则时间较长，采用热压法则需要较高的热压动力。(见:聂小武，鲁世强，王克鲁，等.Laves相金属间铬化物的制备研究进展.铸造技术，2006,27(7): 756-759.)因此，仍需要探索新的制备工艺提高NbCr2金属间化合物的断裂韧性。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种制备NbCr2，将经过高能球磨的合金粉体进行等离子放电热压烧结，不仅制备时间短、使用的温度及压力低，而且可以获得较好的抗氧化性能和力学性能。本专利技术制备NbCr2金属间化合物的工艺是:以Nb粉、Cr粉为原料，将Nb粉、Cr粉按原子百分比Nb30_35at%、Cr65_70at%混合；在高能球磨机中球磨20_25h，每隔4h停机10-15min;球磨后的粉体放入石墨模具中，在放电等离子机上进行烧结，烧结温度为1000°C-1100°C，烧结过程以50-100°C/min的速度升温至烧结温度后保温10-20min，同时施加20-30MPa的压力，然后随炉冷却至室温。本专利技术所述高能球磨机为行星式球磨机或搅拌式球磨机。本专利技术所述球磨介质材质为GCr45，球料比为1:20。本专利技术的优点在于: (1)能够制备出致密度大于98%、组织均匀、抗氧化性能良好、高综合力学性能的NbCr2金属间化合物。所制备的NbCr2在950°C高温氧化炉中氧化50h，其高温氧化动力学低至7.5XlO^5CKg.m—2ks—室温硬度达12.2GPaHV，压缩强度达2800MPa，高温1100°C压缩强度达到590MPa ；断裂韧性达到9.IMPa.m1/2 ；(2)本专利技术制备工艺简单、易操作，制备时间短、所需的温度及压力低。【具体实施方式】实施例1:球磨20h粉体在1000°C放电等离子烧结 (1)采用的原料纯度为99.9%的Nb粉及Cr粉，粒度都为-100目； (2)将Nb粉、Cr粉按原子百分比Nb30-35at%、Cr65-70at°/dg，在高能球磨机中球磨20h，每隔4h停机1min; (3 )球磨后的粉体放入石墨模具中，在放电等离子机上进行热压烧结，烧结温度为1000°C，烧结过程以70°C/min的速度升温至烧结温度后保温lOmin，同时施加20MPa的压力； (4)等离子放电烧结完后随炉冷却至室温。所制备的NbCr2在高温氧化炉中氧化50h，其高温氧化动力学低至7X10—5(Kg.nf2ks^)；室温硬度达11.9GPaHV，压缩强度达2850MPa，高温1100°C压缩强度达到595MPa，断裂韧性达到9.1MPa.m1/2o实施例2:球磨25h粉体在1050°C放电等离子烧结 (1)采用的原料纯度为99.9%的Nb粉及Cr粉，粒度都为-100目； (2)将Nb粉、Cr粉按原子百分比Nb30-35at%、Cr65-70at°/dg，在高能球磨机中球磨25h，每隔4h停机1min; (3 )球磨后的粉体放入石墨模具中，在放电等离子机上进行热压烧结，烧结温度为1050°C，烧结过程以60°C/min的速度升温至烧结温度后保温lOmin，同时施加20MPa的压力； (4)等离子放电烧结完后随炉冷却至室温。所制备的NbCr2在高温氧化炉中氧化50h，其高温氧化动力学低至6.8X10—5(Kg.nf Is—1)；室温硬度达:12GPaHV，压缩强度达2800MPa，高温1100 °C压缩强度达到589MPa，断裂韧性达到8.8MPa.m1/2o实施例3:球磨25h粉体在11OO°C放电等离子烧结 (1)采用的原料纯度为99.9%的Nb粉及Cr粉，粒度都为-100目； (2)将Nb粉、Cr粉按原子百分比Nb30-35at%、Cr65-70at°/dg，在高能球磨机中球磨25h，每隔4h停机1min; (3 )球磨后的粉体放入石墨模具中，在放电等离子机上进行热压烧结，烧结温度为11OO°C，烧结过程以80°C/min的速度升温至烧结温度后保温lOmin，同时施加30MPa的压力； (4)等离子放电烧结完后随炉冷却至室温。所制备的NbCr2在高温氧化炉中氧化50h，其高温氧化动力学低至6.5X10—5(Kg.nf\s—工)；室温硬度达12.1GPaHV，压缩强度达2850MPa，高温1100°C压缩强度达到600MPa，断裂韧性达到9.2MPa.m1/2o比较例l:LiuCT等人报道的采用熔铸法制备的NbCr2金属间化合物(见:Liu CT,Zhu JH?Brady MP, et al.Physical metallurgy and mechanical properties oftransit1n-metal Laves phase alloys.1ntermetallics，2000，(8):1119-1129.)的断裂韧性只有1.2MPa.m1/2，远远低于本专利技术所制备的NbCr2金属间化合物的断裂韧性。比较例2:肖璇等人报道的采用热压法制备的NbCr2金属间化合物(见:肖璇，鲁世强，胡平，等.热压时间对Laves相Cr2Nb合金组织与性能的影响.材料热处理学报，2007，28(6)，59-62.)的断裂韧性只有5.07MPa.mV2、硬度最高只有11.5GPa，力学性能都低于本专利技术所制备的NbCr2金属间化合物的性能。比较例3:郑海忠等人报道的采用热压法制备NbCr2金属间化合物(见:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备NbCr2金属间化合物的方法，其特征在于：以高纯Nb、Cr粉为原料，按原子百分比Nb30‑35at%、Cr65‑70at%混合；在高能球磨机中球磨20‑25h，每隔4h停机10‑15min；球磨后的粉体放入石墨模具中，在放电等离子机上进行烧结，烧结温度为1000℃‑1100℃，烧结过程以50‑100℃/min的速度升温至烧结温度后保温10‑20min，同时施加20‑30MPa的压力，然后随炉冷却至室温。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：聂小武，
申请(专利权)人：聂小武，
类型：发明
国别省市：湖南;43