一种Mo‑Si‑B‑Hf‑Al合金棒材及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种Mo‑Si‑B‑Hf‑Al合金棒材，由以下原子百分比的成分组成：Si 6％～18％，B 7％～19％，Hf 5％～15％，Al 6％～14％，余量为Mo和不可避免的杂质。本发明专利技术还提供了一种制备该合金棒材的方法，包括以下步骤：一、采用湿法球磨的方法将硅粉、硼粉、铪粉、铝粉和钼粉混合均匀，真空干燥后得到混合粉末；二、烧结，得到烧结体；三、真空自耗电弧熔炼，得到铸锭；四、热挤压，得到半成品棒坯；五、热挤压，得到Mo‑Si‑B‑Hf‑Al合金棒材。本发明专利技术Mo‑Si‑B‑Hf‑Al合金棒材具有氧含量低、强度高、抗氧化和良好的室温断裂韧性等特点，能够在高温氧化气氛中应用。

Mo-Si-B-Hf-Al alloy bar and preparation method thereof

The invention provides a Mo Si B Hf Al alloy bar, which consists of the following components: Si atom percentage of 6% ~ 18%, 7% ~ 19% B, Hf 5% ~ 15%, 6% ~ 14% Al, residual Mo and inevitable impurities. The invention also provides a method for preparing the alloy bar, which comprises the following steps: a method, by wet milling of silicon, boron powder, aluminium powder and hafnium powder, molybdenum powder mixing, vacuum drying to obtain powder; two, sintering, sintering body; three, vacuum consumable arc melting get, ingot; four, hot extrusion, semi-finished product billet; five, hot extrusion, Mo Si B Hf Al alloy bar. The invention of Mo Si B Hf Al alloy bar with low oxygen content, high strength, good oxidation resistance and fracture toughness at room temperature and other characteristics, can be used in high temperature oxidation atmosphere.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合金材料制备
，具体涉及一种Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材及其制备方法。
技术介绍
航空发动机涡轮叶片材料的工作温度越高，发动机的性能越好，效率越高，航空发动机推重比与涡轮叶片材料工作温度有很大的关系。目前，镍基超合金不能满足先进航空发动机的使用要求，必须研制下一代高温结构材料。Mo-Si-B系合金由原位自生的Mo5SiB2、Mo3Si金属间化合物相和钼固溶体(Moss)相组成，具有高熔点、高温强度高和抗氧化等特点，在航空航天领域有广泛的应用前景。然而，这些Mo-Si-B系合金材料的一个普遍特点是室温下非常脆，材料中有孔洞、微裂纹等缺陷，降低了材料的力学性能、抗氧化性能和可靠性，导致这些Mo-Si-B系合金材料难以在工程上得到应用。这是由于采用传统粉末冶金法制备的Mo-Si-B系合金杂质元素和氧含量较高，杂质元素降低了高温力学性能，致脆氧元素在晶界处富集，使材料变脆。另外，粉末冶金法制备的Mo-Si-B系合金致密度不高，材料中有大量的孔洞或微裂纹等缺陷，也降低了材料的室温塑韧性和高温力学性能，同时在高温氧化气氛中，这些孔洞或微裂纹为氧的扩散提供了通道，降低了材料的抗氧化性能。采用熔炼方法制备的Mo-Si-B系合金微观组织由粗大的柱状铸态晶组成，这种组织降低了材料的晶界结合强度，并且由于材料组成相的各向异性，容易产生微裂纹等缺陷，恶化了材料的综合力学性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材。该Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材的氧含量为102ppm～127ppm，室温抗拉强度为679MPa～835MPa，室温断裂韧性为11MPa·m1/2～23MPa·m1/2，1400℃的抗拉强度为369MPa～573MPa，在1400℃空气环境中氧化100h后材料损失为0.08mg/cm2～0.15mg/cm2，由此证明该Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材具有氧含量低、强度高、抗氧化和良好的室温断裂韧性等特点，能够在高温氧化气氛中应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成：Si6％～18％，B7％～19％，Hf5％～15％，Al6％～14％，余量为Mo和不可避免的杂质。上述的一种Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成：Si8％～16％，B9％～17％，Hf7％～13％，Al8％～12％，余量为Mo和不可避免的杂质。上述的一种Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成：Si14％，B16％，Hf10％，Al10％，余量为Mo和不可避免的杂质。另外，本专利技术还提供了一种制备上述Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、采用湿法球磨的方法将钼粉、硅粉、硼粉、铪粉和铝粉混合均匀，真空干燥后得到混合粉末；步骤二、将步骤一中所述混合粉末压制成型，得到坯料，然后将所述坯料置于烧结炉中，在真空度不大于1×10-1Pa，温度为1700℃～1800℃的条件下保温2h～3h进行烧结处理，随炉冷却后得到烧结体；步骤三、将步骤二中所述烧结体置于真空自耗电弧炉中，在真空度不大于5×10-2Pa的条件下真空自耗电弧熔炼3～5次，随炉冷却后进行扒皮处理，得到铸锭；所述真空电弧熔炼的电流为10kA～12kA，所述真空电弧熔炼的电压为20V～40V；步骤四、将步骤三中所述铸锭在挤压温度为1300℃～1500℃，挤压比为6～8的条件下进行挤压，自然冷却后进行扒皮处理，得到半成品棒坯；步骤五、将步骤四中所述半成品棒坯在挤压温度为1200℃～1400℃，挤压比为4～7的条件下进行挤压，自然冷却后进行扒皮处理，得到Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材。上述的方法，其特征在于，步骤一中所述钼粉、硅粉、硼粉、铪粉和铝粉的质量纯度均不小于99％。上述的方法，其特征在于，步骤一中所述湿法球磨的过程中采用无水乙醇为分散剂，所述无水乙醇的体积为硅粉、硼粉、铪粉、铝粉和钼粉质量之和的1.5～3倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g。上述的方法，其特征在于，步骤一中所述湿法球磨的速率为300rpm～400rpm，球料质量比为(6～12)∶1，球磨时间为10h～30h。上述的方法，其特征在于，步骤一中所述硅粉的粒径不大于8μm，所述硼粉的粒径不大于5μm，所述铝粉的粒径不大于9μm，所述铪粉和钼粉的粒径均不大于10μm。上述的方法，其特征在于，步骤四中所述挤压温度为1350℃～1450℃，挤压比为6.5～7.5。上述的方法，其特征在于，步骤五中所述挤压温度为1250℃～1350℃，挤压比为5.5～6.5。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术采用机械合金化+真空自耗电弧熔炼+二次挤压工艺过程制备Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材，所制棒材的氧含量为102ppm～127ppm，室温抗拉强度为679MPa～835MPa，室温断裂韧性为11MPa.m1/2～23MPa.m1/2，1400℃的抗拉强度为369MPa～573MPa，在1400℃空气环境中氧化100h后材料损失为0.08mg/cm2～0.15mg/cm2，该Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材具有氧含量低、强度高、抗氧化和良好的室温断裂韧性等特点，能够在高温氧化气氛中应用。2、本专利技术在Mo-Si-B系合金材料中加入Hf元素，Hf在高温下溶于Mo中形成固溶体(Moss)，致脆元素氧优先集中在Hf粒子表面，减少了氧在晶界处的严重偏聚，使晶界结合力增强，改善了材料的室温脆性。在Mo-Si-B合金系中添加Al元素，有利于在高温氧化气氛中形成一层致密的保护膜，提高了合金的抗氧化性能。3、本专利技术采用真空自耗电弧熔炼的工艺过程制备Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材具有纯度高、氧含量低等优点，可显著提高合金的室温韧性和高温强度。4、由于Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材高温强度高，变形抗力大，难以加工成形。本专利技术采用二次挤压工艺使挤压在较低的温度和挤压比条件下进行，减小了变形抗力，降低了对挤压设备的要求；在较低的温度下进行二次挤压也有利于破碎和细化粗大的柱状铸态组织，大大改善了Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材室温韧性和高温力学性能，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Mo‑Si‑B‑Hf‑Al合金棒材，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成：Si 6％～18％，B 7％～19％，Hf 5％～15％，Al 6％～14％，余量为Mo和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材，其特征在于，由以下原子百分比的
成分组成：Si6％～18％，B7％～19％，Hf5％～15％，Al6％～14％，余量为
Mo和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材，其特征在于，
由以下原子百分比的成分组成：Si8％～16％，B9％～17％，Hf7％～13％，
Al8％～12％，余量为Mo和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的一种Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材，其特征在于，
由以下原子百分比的成分组成：Si14％，B16％，Hf10％，Al10％，余量
为Mo和不可避免的杂质。
4.一种制备如权利要求1、2或3所述Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材的方
法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用湿法球磨的方法将钼粉、硅粉、硼粉、铪粉和铝粉混合
均匀，真空干燥后得到混合粉末；
步骤二、将步骤一中所述混合粉末压制成型，得到坯料，然后将所述
坯料置于烧结炉中，在真空度不大于1×10-1Pa，温度为1700℃～1800℃的
条件下保温2h～3h进行烧结处理，随炉冷却后得到烧结体；
步骤三、将步骤二中所述烧结体置于真空自耗电弧炉中，在真空度不
大于5×10-2Pa的条件下真空自耗电弧熔炼3～5次，随炉冷却后进行扒皮处
理，得到铸锭；所述真空电弧熔炼的电流为10kA～12kA，所述真空电弧熔
炼的电压为20V～40V；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻吉良，郑欣，张如，李来平，蔡小梅，王峰，裴雅，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61