层状Mo2TiAlC2强韧化的钼硅硼合金及制备方法技术

本发明专利技术公开了层状Mo2TiAlC2强韧化的钼硅硼合金，按照质量百分比，包括以下组分：1％～3％的Mo2TiAlC2，余量为Mo

【技术实现步骤摘要】
层状Mo2TiAlC2强韧化的钼硅硼合金及制备方法


[0001]本专利技术属于难熔金属材料制备
，具体涉及一种层状Mo2TiAlC2强韧化的钼硅硼(Mo
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Si
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B)合金，还涉及该Mo
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Si
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B合金的制备方法。

技术介绍

[0002]Mo
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Si
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B合金由于具有高熔点，优异的高温力学性能及抗氧化性能，而被认为是极具潜力且有望替代镍基高温的合金的新一代高温结构材料，近几十年来得到了国内外的广泛关注与研究。Mo
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Si
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B合金一般由Mo固溶体相(α
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Mo)、Mo3Si、Mo5Si3(T1)和Mo5SiB2(T2)相中两相或三相组成，其中α
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Mo相是合金唯一的韧性相，为合金提供塑韧性，其余三相为金属间化合物相，具有优异的高温力学性能和抗氧化性能。而在这些多相Mo
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Si
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B合金体系中，Mo
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12Si
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8.5B合金由于具有合适的α
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Mo相(约40vol.％)和金属间化合物相(约60vol.％)比例而使合金的力学性能与抗氧化性能得到很好的平衡。但是Mo
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12Si
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8.5B合金室温下韧性低，难以加工，限制了它的推广应用，因此，该合金的强韧化一直是其研究的重点。虽然采用合金化元素韧化、颗粒韧化及结构设计韧化等多种方法对Mo
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12Si
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8.5B合金进行韧化，也都取得了一定的效果，但也存在诸多问题，如强韧化效果难以达到预期，成本高，工艺复杂，韧性提高但抗氧化性能下降等，使该合金距离实际应用还有很大的差距。因此，研究开发具有高强韧性的Mo
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12Si
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8.5B合金非常必要。
[0003]近年来出现的MAX相材料是一类具有特殊的层状结构的新型金属
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陶瓷材料，这种结构导致其同时具有金属和陶瓷的双重特性。MAX相材料作为添加相在受力状态下通过层间滑移、分层开裂或扭折等方式可以对基体材料实现强韧化，如最常见的Ti3SiC
2 MAX相材料可以对SiC陶瓷产生明显的韧化效果。有研究表明，其它不同类型的MAX相，对Ni、Al等合金也具有良好的强韧化效果。2015年，Anasori等人合成了一种新型含Mo的MAX相材料
‑‑
Mo2TiAlC2，该材料具有六方晶体结构，其Mo层原子与Ti/Al层原子交替排列形成层状，若将这种含Mo的MAX相作为强化相添加到Mo合金中，首先可以产生颗粒强化作用；其次，其外层Mo层原子可以与Mo基体产生良好的界面结合，而好的界面结合是产生强韧化的关键；最后，其层状结构在受力状态下通过分层开裂和扭折可以吸收更多的裂纹扩展能量，产生韧化作用，这使得Mo2TiAlC2相是一种理想的Mo基合金的强韧化添加相。而目前关于Mo2TiAlC2相强韧化Mo
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Si
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B合金的研究尚未见报道，因此，开发一种Mo2TiAlC2相强韧化Mo
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12Si
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8.5B新型合金及其制备技术，改善Mo
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12Si
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8.5B合金的强度及韧性是十分重要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供层状Mo2TiAlC2强韧化的Mo
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Si
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B合金，该合金晶粒组织均匀细小，致密度高，室温及高温力学性能相对于纯Mo
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Si
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B合金有明显改善。
[0005]本专利技术另一目的是提供上述层状Mo2TiAlC2强韧化的Mo
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Si
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B合金的制备方法，该方法具有能耗低、流程短、工艺简单的特点。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，层状Mo2TiAlC2强韧化Mo
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Si
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B合金，按照质量百分
比，包括以下组分：1％～3％的Mo2TiAlC2，余量为Mo
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Si
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B合金，以上组分质量分数之和为100％。
[0007]本专利技术的特点还在于，
[0008]Mo
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Si
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B合金是Mo粉末、Si粉末、B粉末按照原子百分比为79.5：12：8.5配得。
[0009]Mo粉末粒度为＜5μm，纯度≥99.95％；Si粉末粒度＜30μm，纯度≥99.9％；B粉末粒度＜30μm，纯度≥99.9％，Mo2TiAlC2粉末粒度＜1.0μm，纯度≥98％。
[0010]本专利技术所采用的另一技术方案是，层状Mo2TiAlC2强韧化的Mo
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Si
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B合金的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0011]步骤1，将Mo粉末、Si粉末、B粉末及Mo2TiAlC2粉末置于行星球磨机中进行球磨混合，得到复合粉末；
[0012]步骤2，将步骤1中的复合粉末在氩气保护下进行机械合金化，使粉末粒度细化；
[0013]步骤3，将步骤2中机械合金化后的粉末装入石墨模具，进行热压烧结，得到层状Mo2TiAlC2强韧化的Mo
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Si
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B合金。
[0014]本专利技术的特点还在于，
[0015]步骤1中，混合前，在行星球磨机的球磨罐中通入氩气进行保护，球磨混合时间为4～6小时，转速为350～500转/分钟，球料比为1～2：1，球磨罐及磨球均为玛瑙材质。
[0016]步骤2中，机械合金化时的转速为180～250转/分钟，时间为10～20小时，球料比为10：1；研磨球及研磨罐均为碳化钨材质。
[0017]步骤3中，热压烧结的过程为：当设备真空度优于1
×
10
‑2Pa后开始升温，先以20℃/分钟的速率升温至1200℃，保温1小时，在此过程中将压制压力加至30MPa～50MPa，随后以10℃/分钟的速率升温至1500℃并保温0.5～1小时，随后以10℃/min的速率升温至1700℃并保温20分钟，随后降温至1500℃并保温1～3小时，随炉自然冷却至室温。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019](1)本专利技术采用层状Mo2TiAlC2相作为添加相强韧化的Mo
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Si
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B合金，Mo2TiAlC2相中的Mo层可以与基体产生良好的界面结合，而良好的界面结合是产生强化的关键；这种层状结构在断裂过程中通过层间分离和形成扭折带在层间产生更多的分层微裂纹，使裂纹扩展能转化为界面能，消耗了更多裂纹扩展能量，有助于合金韧性提高，这种设计在现有Mo
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Si
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B合金的强韧化中是一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.层状Mo2TiAlC2强韧化的钼硅硼合金，其特征在于，按照质量百分比，包括以下组分：1％～3％的Mo2TiAlC2，余量为Mo
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Si
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B合金，以上组分质量分数之和为100％。2.如权利要求1所述的层状Mo2TiAlC2强韧化的钼硅硼合金，其特征在于，所述Mo
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Si
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B合金是Mo粉末、Si粉末、B粉末按照原子百分比为79.5：12：8.5配得。3.如权利要求2所述的层状Mo2TiAlC2强韧化的钼硅硼合金，其特征在于，Mo粉末粒度为＜5μm，纯度≥99.95％；Si粉末粒度＜30μm，纯度≥99.9％；B粉末粒度＜30μm，纯度≥99.9％，Mo2TiAlC2粉末粒度＜1.0μm，纯度≥98％。4.如权利要求1
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3任一项所述的层状Mo2TiAlC2强韧化的钼硅硼合金的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，将Mo粉末、Si粉末、B粉末及Mo2TiAlC2粉末置于行星球磨机中进行球磨混合，得到复合粉末；步骤2，将步骤1中的复合粉末在氩气保护下进行机械合金化，使粉末粒度细化；步骤3，将步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国君，林小辉，李延超，李斌，王博妍，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：