一种Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种Ta

【技术实现步骤摘要】
一种Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材及其制备方法


[0001]本专利技术属于合金棒材
，具体涉及一种Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材及其制备方法。

技术介绍

[0002]钽合金在20世纪50年代就曾作为航空航天、核工程及飞行器发动机的候选材料而被广泛研究。虽然钽合金在室温塑性、加工成形性能、耐腐蚀性和熔点等方面很诱人，但它较差的疲劳强度成为其作为高温结构材料应用的主要障碍。同时，当使用温度超过1100℃时，钽合金的抗蠕变性能显著下降。在钽中添加W、Hf、Zr等合金元素可形成合金浓度高的钽合金，其高温力学性能显著提高，并且加工性能良好，故用作高温结构材料。虽然通过添加合金化可使钽合金高温力学性能和疲劳强度得到一定程度的改善，但不能大幅提高其力学性能。因此，必须通过第二相弥散强化来克服单相钽合金的缺点，发展由陶瓷相增强的多相钽合金，并通过合金化及工艺控制，使陶瓷相微小粒子均匀弥散在钽基体上，从而使其室温力学性能、高温力学性能和疲劳强度得到显著提高，同时合金的室温塑性没有明显降低。
[0003]在公开(公告)号CN1198780A的专利中，公开了揭示了陶瓷－陶瓷和陶瓷－金属复合材料, 它含有至少两种陶瓷相和至少一种金属相。陶瓷相的至少一种是一种金属硼化物或几种金属硼化物的混合物, 另一种陶瓷相是金属氮化物、金属碳化物或金属氮化物和金属碳化物的混合物。这些复合材料可通过燃烧合成工艺来制备, 该工艺的步骤包括点燃由选自钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、铝和硅的至少一种元素或它们两种以上的混合物、选自氮化硼、碳化硼的至少一种含硼化合物或它们的混合物、一定数量的能降低点燃温度的金属所组成的混合物，其中该金属选自铁、钴、 镍、铜、铝、硅、钯、铂、银、金、钌、铑、锇和铱的一种金属或它们两种以上的混合物，只要至少一种所说的元素不同于至少一种所说的金属。该工艺能更高程度地控制产物的显微结构, 并要求相对较低的压力来获得复合材料的高密度。通过在燃烧合成过程中施加机械压力可得到密度高、细晶显微结构的致密产物。该复合材料具有高的硬度、韧性、强度、耐磨性和抗断裂性能。
[0004]以上专利公开的复合陶瓷产品的制备，是通过燃烧合成工艺，并要求必须向反应物中加入一种“稀释剂”物质以降低反应的燃烧温度从而制备含有陶瓷相和金属相的致密、细晶复合材料，该陶瓷相复合材料是否能应用于棒材并未公布，并且该陶瓷相复合材料并不具备室温塑性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材及其制备方法，该方法提供一种热等静压烧结的方式制备Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材，该Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材具有良好的高温抗氧化性能、室温塑性和抗拉强度，优异的疲劳强度、高温强度和超塑性，能够用于高温结构件，适用于棒材等。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材，由以
下质量百分比的原料制成：Hf 3%~9%，Zr 4%~8%，ZrB
2 3%~7%，余量为Ta和不可避免的杂质。
[0007]上述的Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材，优选的，由以下质量百分比的原料制成：Hf 4%~8%，Zr 5%~7%，ZrB
2 4%~6%，余量为Ta和不可避免的杂质。
[0008]上述的Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材，优选的，由以下质量百分比的原料制成：Hf 6%，Zr 6%，ZrB
2 5%，余量为Ta和不可避免的杂质。
[0009]上述的Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材，一种实施方式，所述Hf、Zr、ZrB2和Ta均为粉状原料，其中Hf粉和Zr粉的粒度均不大于20μm，ZrB2粉的粒径不大于10μm，Ta粉的粒径不大于10μm。
[0010]上述的Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材，优选的，所述Hf粉、Zr粉和ZrB2粉的质量纯度均不小于99.0%，所述Ta粉的质量纯度不小于99.9%。
[0011]另外，本专利技术还提供了一种制备上述Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、按质量百分比称取各原料，然后将所称取的原料在氩气保护下球磨混合均匀，得到混合粉末；步骤二、采用液压机将步骤一中所述混合粉末压制成型，得到坯料；步骤三、将步骤二中所述坯料装入壳体中，抽真空后密封壳体；步骤四、将步骤三中密封于壳体内的坯料装入热等静压炉中，在温度为1600℃~1800℃，压力为160MPa~180MPa的条件下热等静压烧结1h~2h，自然冷却后脱除壳体，得到Ta-Hf-Zr-ZrB2合金烧结体；步骤五、将步骤四中所述烧结体在挤压温度为1000℃~1200℃，挤压比为6~10的条件下进行挤压，冷却后进行扒皮处理，得到Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材。
[0012]上述的方法，优选的，步骤四中所述壳体为空心圆柱形结构，所述壳体的直径为80mm，所述壳体的高度为200mm；所述壳体的材质为纯钽。
[0013]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术针对现有技术中钽合金材料不具备室温塑性的特点，采用ZrB2陶瓷相进一步弥散强化，并通过等静压高温工艺控制使细小的ZrB2陶瓷相颗粒均匀弥散分布在基体上，抑制了晶粒的长大、获得了细小的均匀组织，使材料的力学性能显著提高并意外的发现在一定条件下实现了超塑性，该合金材料具备管材的应用。
[0014]2、本专利技术将Hf元素和Zr元素添加到Ta-Hf-Zr-ZrB2合金中，由于Hf元素和Zr元素与氧、碳有很高的亲和力，因此Hf元素和Zr元素将降低Ta基体的氧含量，减少了氧元素对合金的不利影响，从而提高了Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材的室温塑性。
[0015]3、本专利技术采用热等静压+热挤压工艺过程制备的Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材室温抗拉强度为890MPa~987MPa、室温延伸率为15%~22%，经5
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106次循环疲劳试验后的疲劳强度为305MPa~463MPa，1300℃抗拉强为305MPa~389MPa，1400℃的拉伸延伸率236%~315%，在1300℃空气环境中氧化100h后材料损失只有0.056mg/cm2~0.015mg/cm2。由此证明该Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材具有良好的高温抗氧化性能、室温塑性和抗拉强度，优异的疲劳强度、高温强度和超塑性，能够用于高温结构件。
附图说明
[0016]图1 为本专利技术实施例1 Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材的微观组织照片。
具体实施方式
[0017]实施例1本实施例Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材由以下质量百分比的原料制成：Hf 6%，Zr 6%，ZrB
2 5%，余量为Ta和不可避免的杂质；所述原料均为粉状原料，即：Hf为粒径不大于20μm的Hf粉，Zr为粒径不大于20μm的Zr粉，ZrB2为粒径不大于10μm的ZrB2粉，Ta为粒径不大于10μm的Ta粉，其中Hf粉、Zr粉和ZrB2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：Hf 3%~9%，Zr 4%~8%，ZrB
2 3%~7%，余量为Ta和不可避免的杂质；或由由以下质量百分比的原料制成：Hf 4%~8%，Zr 5%~7%，ZrB
2 4%~6%，余量为Ta和不可避免的杂质；所述该合金棒材的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按质量百分比称取各原料，然后将所称取的原料在氩气保护下球磨混合均匀，得到混合粉末；步骤二、采用液压机将步骤一中所述混合粉末压制成型，得到坯料；步骤三、将步骤二中所述坯料装入壳体中，抽真空后密封壳体；步骤四、将步骤三中密封于壳体内的坯料装入热等静压炉中，在温度为1600℃~1800℃，压力为160MPa~180MPa的条件下热等静压烧结1h~2h，自然冷却后脱除壳体，得到Ta-Hf-Zr-ZrB2合金烧结体；步骤五、将步骤四中所述烧结体在挤压温度为1000℃~1200℃，挤压比为6~10的...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪明，田小军，
申请(专利权)人：西安鑫昌机电设备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：