一种多主元合金与碳化物共晶型铌合金及其原位制备方法技术

本发明专利技术提供了一种多主元合金与碳化物共晶型铌合金及其原位制备方法，所述共晶型铌合金的组成为Nb2Mo

【技术实现步骤摘要】
一种多主元合金与碳化物共晶型铌合金及其原位制备方法


[0001]本专利技术涉及一种多主元合金与碳化物共晶型铌合金及其原位制备方法，属于铌合金


技术介绍

[0002]飞机和火箭的快速飞行需要依靠发动机喷出的高温燃气推力进行，喷管是产生有效推力的重要功能组件。目前，铌合金由于具有熔点高(2467℃)、高温强度高、加工和焊接性能优良等特点，广泛应用于航天飞机发动机、火箭喷嘴和喷气式飞机热交换管的结构材料，是一种重要的高温材料。因此，开发具有高性能铌合金具有重要的应用价值。
[0003]铌合金的工作温度范围在1200℃～1400℃，而纯铌在高于1000℃的高温下，强度大幅降低。目前，科研工作者主要通过在铌合金中添加W、Mo、Ta、Zr、Hf等金属元素进行固溶强化，以及少量的C形成弥散分布的碳化物相进行沉淀强化，从而提高铌合金的高温强度。常用的铌合金牌号及其主要元素组成为C103(Nb
‑
10Hf
‑
1Ti)、C129(Nb
‑
10W
‑
10Hf)、Cb
‑
752(Nb
‑
10W
‑
2.5Zr)、FS
‑
85(Nb
‑
11W
‑
27.5Ta)和WC
‑
3009(Nb
‑
30Hf
‑
9W)等。在高熔点金属和碳化物的添加下，铌合金的高温性能得以明显提升。然而，固溶元素或碳化物的添加量须严格控制，一般在15wt％以下，大量添加会显著降低合金的室温塑性，且通过合金成分的微量调控，铌合金的力学性能提升有限。另外，Sha等人曾在铌合金中添加W、Mo和Si元素设计制备得到由富Nb固溶体合金和Nb5Si3硅化物组成的一系列Nb
‑
Si合金，如Nb
‑
10Mo
‑
10Ti
‑
18Si(J.Sha,H.Hirai,T.Tabaru,A.Kitahara,H.Ueno,S.Harada,Mechanical properties of as
‑
cast and directionally solidified Nb
‑
Mo
‑
W
‑
Ti
‑
Si in
‑
situ composites at high temperatures,Metallurgical and Materials Transactions A,2003,34A:85
‑
94)和Nb
‑
10Mo
‑
15W
‑
10Ti
‑
18Si合金(J.Sha,H.Hirai,T.Tabaru,A.Kitahara,H.Ueno,S.Hanada,Effect of W addition on compressive strength of Nb
‑
10Mo
‑
10Ti
‑
18Si
‑
base in
‑
situ composites,Materials Transactions,2000,41(9):1125
‑
1128)，这些合金虽然具有极高的高温强度，室温塑性却极差，压缩断裂应变仅为1％，极大增加了合金的室温加工难度。
[0004]近年来，由多主元合金和碳化物组成的共晶型复合材料具有良好的强韧性综合性能。如Wei等人设计研发的Re
0.5
MoNbW(TaC)
0.5
亚共晶复合材料含有大量由多主元合金和碳化物组成的细小共晶组织，合金的室温压缩断裂应变可达10％(Q.Q.Wei,Q.Shen,J.Zhang,Y.Zhang,G.Q.Luo,L.M.Zhang,Microstructure evolution,mechanical properties and strengthening mechanism of refractory high
‑
entropy alloy matrix composites with addition of TaC,Journal of Alloys and Compounds,2019,777:1168
‑
1175)，且1200℃具有0.9GPa的超高屈服强度，1400℃退火后组织没有明显变化(Q.Q.Wei,G.Q.Luo,R.Tu,J.Zhang,Q.Shen,Y.J.Cui,Y.W.Gui,A.Chiba,High
‑
temperature ultra
‑
strength of dual
‑
phase Re
0.5
MoNbW(TaC)
0.5
high
‑
entropy alloy matrix composite,Journal of Materials Science and Technology,2021,84:1
‑
9)。这种共晶型复合材料的设计制备给
高性能铌合金的设计制备提供了理论指导。
[0005]考虑到高熔点Mo和W元素良好的固溶强化作用，碳化物的沉淀强化作用，以及共晶组织的强韧性协调和优异的热稳定性，本专利技术拟设计制备一种新型的多主元合金与碳化物共晶型铌合金。

技术实现思路

[0006]针对现有铌合金高温强度或室温塑性综合性能的不足，本专利技术在铌合金中添加高熔点元素W和Mo实现固溶强化，并添加C元素形成高熔点碳化物进行沉淀强化，采用电弧熔炼法原位生成多主元合金与碳化物共晶型铌合金，获得室温强韧性优异的铌合金。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种多主元合金与碳化物共晶型铌合金，所述合金原料组成体系为Nb2Mo
x
W
y
C
z
，合金中Mo的摩尔比x＝0.25～1.0，W的摩尔比y＝0.25～1.0，C的摩尔比z＝0.25～1.2，经电弧熔炼制得。
[0008]作为上述技术方案的优选，本专利技术提供的多主元合金与碳化物共晶型铌合金进一步包括下列技术特征的部分或全部：
[0009]作为上述技术方案的改进，所述铌合金由体心立方结构的多主元合金相与碳化物相组成；所述的多主元合金相为Nb，Mo和W元素组成的固溶体，固溶体中Nb含量为主；碳化物相为含有Mo和W的(Nb，Mo，W)2C固溶体或含有Mo和W的(Nb，Mo，W)C固溶体，中的一种或两种的混合物，碳化物相中金属元素以Nb为主。
[0010]作为上述技术方案的改进，所述所述铌合金的微观结构由枝晶初生晶和层片状共晶组织组成，共晶组织为多主元合金相和碳化物相交替分布，相界面为半共格界面，结合强度高。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多主元合金与碳化物共晶型铌合金，其特征在于：所述合金原料组成体系为Nb2Mo
x
W
y
C
z
，合金中Mo的摩尔比x＝0.25～1.0，W的摩尔比y＝0.25～1.0，C的摩尔比z＝0.25～1.2，经电弧熔炼制得。2.如权利要求1所述的多主元合金与碳化物共晶型铌合金，其特征在于：所述铌合金由体心立方结构的多主元合金相与碳化物相组成；所述的多主元合金相为Nb，Mo和W元素组成的固溶体，固溶体中Nb含量为主；碳化物相为含有Mo和W的(Nb，Mo，W)2C固溶体或含有Mo和W的(Nb，Mo，W)C固溶体，中的一种或两种的混合物，碳化物相中金属元素以Nb为主。3.如权利要求1所述的多主元合金与碳化物共晶型铌合金，其特征在于：所述所述铌合金的微观结构由枝晶初生晶和层片状共晶组织组成，共晶组织为多主元合金相和碳化物相交替分布，相界面为半共格界面。4.一种如权利要求1
‑
3任一所述的多主元合金与碳化物共晶型铌合金的原位制备方法，其特征在于，包含如下步骤：取Nb、Mo、W和石墨C原料混合均匀后压制成型、高温熔炼，快速冷却至室温，得到所述的多主元合金与碳化物共晶型铌合金。5.如权利要求4所述的多主元合金与碳化物共晶型铌合金的原位制备方法，其特征在于：所述N...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏琴琴，张怡，徐先东，陈江华，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：