一种采用氢化脱氢制备Nb-Si基合金粉末的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用氢化脱氢制备Nb

【技术实现步骤摘要】
一种采用氢化脱氢制备Nb
‑
Si基合金粉末的方法


[0001]本专利技术涉及Nb
‑
Si基合金粉末制备方法
，尤其是涉及一种采用氢化脱氢制备Nb
‑
Si基合金粉末的方法。

技术介绍

[0002]Nb
‑
Si基合金具有高熔点、低密度以及优异的高温强度，是最具潜力替代现有镍基高温合金，承温能力达到1200～1400℃的超高温结构材料，在新一代高推比航空发动机和高比冲火箭发动机动力装备等超高温领域有广泛的应用前景。Nb
‑
Si基合金的基本由Nb基固溶体(Nb
SS
)和金属间化合物Nb5Si3相组成，前者提供室温延展性，后者提供1600～1800℃条件下的强度和蠕变抗性。为了使Nb
‑
Si基合金在室温韧性、高温强度和抗氧化性方面达到平衡，还会加入Ti、Al、Cr、Hf等元素进行合金化，使得合金的综合性能得到了显著提高。
[0003]制备工艺对材料的组织和性能有着重要影响。目前，Nb
‑
Si基合金的制备方法主要有真空电弧熔炼、定向凝固和熔模铸造等。然而电弧熔炼法制备的合金中存在较为严重的元素偏析，且Nb
SS
和Nb5Si3相组织粗大，使得合金的室温断裂韧性和高温抗氧化性能远低于目标值，极大地限制了Nb
‑
Si基合金的工程化应用。此外，由于硅化物的本征脆性和加工硬化，很难通过机械加工制备具有复杂形状的Nb
‑
Si基合金部件。近年来，粉末冶金方法和增材制造方法引起了越来越多研究者的关注。粉末冶金方法可以能更好的控制合金中相尺度、比例、形态和分布等，有望实现组织控制，获得优化组织，提高合金综合性能。增材制造方法可以在成形过程中通过调整成形参数来实现微观组织的定制化，制备具有优异性能的复杂形状构件。
[0004]综合性能优异的粉末原料是Nb
‑
Si基合金适用于粉末冶金方法和增材制造方法的先决条件。传统的合金粉末制备工艺主要涉及机械合金化和雾化技术，如氩气雾化法(Argon atomization,AA)是真空条件下将金属在坩埚中熔化，而后在气体保护的条件下，高压气流将金属液体雾化破碎成大量细小的液滴，液滴在飞行中凝固成球形或是近球形颗粒，但Nb
‑
Si基合金因其高熔点和高活性使得成品粉末中容易出现非金属物夹杂。虽然等离子旋转电极雾化法(Plasma Rotating Electrode Atomization,PREA)制备的球形粉末适合粉末冶金和增材制造方法，但细粉产率低、成本高限制了其广泛应用，因此有必要开发更有效的低成本短流程Nb
‑
Si基合金粉末生产方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种采用氢化脱氢制备Nb
‑
Si基合金粉末的方法，解决现有的Nb
‑
Si基合金粉末生产成本高、生产周期长的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种采用氢化脱氢制备Nb
‑
Si基合金粉末的方法，包括以下步骤：
[0007]S1、配料，按照成分配比称取Nb、Si、Ti、Al、Cr、Hf、Sc纯金属原料；
[0008]S2、熔炼，将称取好的原料放入熔炼炉内进行熔炼，得到成分均匀的Nb
‑
Si基合金
铸锭；
[0009]S3、氢化，将Nb
‑
Si基合金铸锭放入氢化脱氢炉中，抽真空，将炉温升至氢化温度，向炉体内通入氢气至氢化压力，保温；得到氢化碎裂的Nb
‑
Si基合金；
[0010]S4、破碎，将氢化后的Nb
‑
Si基合金进行破碎筛分，得到氢化合金粉末；
[0011]S5、脱氢，将氢化合金粉末在氢化脱氢炉中进行真空高温脱氢，得到Nb
‑
Si基脱氢合金粉末。
[0012]优选的，所述S1中，Nb、Si、Ti、Al、Cr、Hf、Sc的原子数百分含量配比为Nb
‑
16Si
‑
24Ti
‑
2Al
‑
2Hf
‑
2Cr
‑
0.3Sc。
[0013]优选的，所述S1中，对原料进行称取前将原料放入丙酮、无水乙醇中进行超声清洗。
[0014]优选的，所述S2中，原料放入真空非自耗电弧炉内进行熔炼，反复熔炼5
‑
6次。
[0015]优选的，所述S3中，氢化脱氢炉抽真空至5
×
10
‑3Pa，氢化温度为200
‑
300℃，升温速度为5℃/min
‑
10℃/min。
[0016]优选的，所述S3中，氢化压力为2.5
‑
3.5MPa，保温时间为1
‑
2h。
[0017]优选的，所述S4中，氢化合金粉末的粒径为45
‑
105μm。
[0018]优选的，所述S5中，脱氢的真空度为5
×
10
‑3Pa，脱氢温度为600
‑
800℃，脱氢时间为2h。
[0019]本专利技术所述的一种采用氢化脱氢制备Nb
‑
Si基合金粉末的方法的优点和积极效果是：
[0020]1、对Nb
‑
Si基合金进行氢化处理，Nb
‑
Si基合金中硅化物产生裂纹，并扩展，合金表面不断碎裂、剥离产生粉末，并且Nb
‑
Si基合金中Nb
SS
相膨胀，便于对Nb
‑
Si基合金的粉碎。
[0021]2、Nb
‑
Si基合金采用氢化脱氢炉进行生产，设备投入少，生产工艺参数易设定，有利于降低Nb
‑
Si基合金粉末的成本，缩短生产周期。
[0022]3、采用粒径为45
‑
105μm的氢化脱氢粉末为原料，利用激光熔覆增材制造方法制备了Nb
‑
Si基合金块体，荧光分析表明块体内部无裂纹。
[0023]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0024]图1为本专利技术一种采用氢化脱氢制备Nb
‑
Si基合金粉末的方法实施例一制备的Nb
‑
16Si
‑
24Ti
‑
2Al
‑
2Cr
‑
2Hf
‑
0.3Sc合金氢化前后宏观形貌和微观组织；
[0025]图2为本专利技术一种采用氢化脱氢制备Nb
‑
Si基合金粉末的方法实施例1
‑
9制备的Nb
‑
16Si
‑
24Ti
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用氢化脱氢制备Nb
‑
Si基合金粉末的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、配料，按照成分配比称取Nb、Si、Ti、Al、Cr、Hf、Sc纯金属原料；S2、熔炼，将称取好的原料放入熔炼炉内进行熔炼，得到成分均匀的Nb
‑
Si基合金铸锭；S3、氢化，将Nb
‑
Si基合金铸锭放入氢化脱氢炉中，抽真空，将炉温升至氢化温度，向炉体内通入氢气至氢化压力，保温；得到氢化碎裂的Nb
‑
Si基合金；S4、破碎，将氢化后的Nb
‑
Si基合金进行破碎筛分，得到氢化合金粉末；S5、脱氢，将氢化合金粉末在氢化脱氢炉中进行真空高温脱氢，得到Nb
‑
Si基脱氢合金粉末。2.根据权利要求1所述的一种采用氢化脱氢制备Nb
‑
Si基合金粉末的方法，其特征在于：所述S1中，Nb、Si、Ti、Al、Cr、Hf、Sc的原子数百分含量配比为Nb
‑
16Si
‑
24Ti
‑
2Al
‑
2Hf
‑
2Cr
‑
0.3Sc。3.根据权利要求1所述的一种采用氢化脱氢制备Nb
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Si基合金粉末的方法，其特征在于：所述S1中，对原料进行称取前将原...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙江波，廖军华，魏振河，彭徽，郭洪波，逄淑杰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：