原位自生纳米氧化物碳化物协同增韧细晶钼合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种原位自生纳米氧化物碳化物协同增韧细晶钼合金及其制备方法，在钼酸铵和Ti3AlC2粉中加入水及氧化铝前驱体溶液混合，干燥粉碎后进行低温、高温氢气还原，还原后的粉体依次进行烧结处理、高温大变形量热塑性加工处理、退火处理，得到原位自生纳米氧化物碳化物协同增韧的高强韧细晶钼合金。本发明专利技术创新地采用氧化铝和二维MAX陶瓷材料Ti3AlC2协同增韧钼合金，Ti3AlC2分解形成的TiC

【技术实现步骤摘要】
原位自生纳米氧化物碳化物协同增韧细晶钼合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于粉末冶金
，特别涉及原位自生纳米氧化物碳化物协同增韧细晶钼合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]钼金属具有高强度、高硬度、良好的导热性和耐磨性等优点，在导弹、高温加热元件、涡轮机和聚变反应堆部件，以及电子、航空航天、金属加工等领域被广泛应用，是高科技领域不可或缺的材料。然而，纯钼金属在常温下通常显示出较差的延展性和韧性，且再结晶温度较低，不易变形，容易发生脆性断裂，严重限制了钼深加工的可行性和应用范围。因此，通过强韧化，提高金属钼的再结晶温度，改善钼的延展性的同时提高材料强度，是目前难熔金属领域的主要研究热点。
[0003]钼合金强韧化通常是通过将增强材料连续植入整体金属材料基体中并尽可能实现弥散分布来制造。众所周知，增强材料的尺寸、分布、体积分数以及金属基体和增强材料之间的界面结合决定了材料的最终性能。二维MAX陶瓷材料强化，作为最有趣的原位金属基复合材料之一，使用M
n+1
AX
n
相分解为超细二元碳化物/氮化物颗粒增强MMC的前驱物也已被广泛研究了二十多年。在高温下，MAX晶格的不稳定性导致A位原子的释放，同时发生了从六方到立方的晶格转变。大量研究结果表明，亚化学计量的二元碳化物(如TiCx)更细，可以充分润湿金属基体。当前，如何解决钼合金强度
‑
延性权衡困境，实现在不降低强度的同时增强其弹性模量、比强度和刚度、磨损和腐蚀性能、室温抗拉强度和高温抗压强度，实为本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种原位自生纳米氧化物碳化物协同增韧细晶钼合金及其制备方法，采用氧化铝和二维MAX陶瓷材料Ti3AlC2协同增韧钼合金，Ti3AlC2分解形成的TiC
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表现出与基体更好的界面结合，提升了钼合金的机械强度和延展性。添加氧化铝及后期的热塑性工艺进一步细化晶粒，提升了钼合金的致密性。所制备的高强韧细晶钼合金相比纯钼金属，室温抗拉强度提高了100％以上、延伸率提高100％以上、高温抗压强度提升了60％以上。
[0005]本专利技术具体是通过以下技术方案来实现的，依据本专利技术提出的一种原位自生纳米氧化物碳化物协同增韧细晶钼合金及其制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)：根据最终产品的需求，称取一定量的硝酸铝和尿素，加水充分溶解，将得到的混合体系倒入不锈钢水热釜的聚四氟乙烯内衬中，锁紧水热釜，放入干燥箱中于180～200℃水热反应，得到氧化铝前驱体溶液；
[0007](2)：根据最终产品的需求，称取一定量的钼酸铵和Ti3AlC2粉，加入适量蒸馏水，并加入步骤(1)得到的氧化铝前驱体溶液，充分搅拌，抽滤、低温干燥后得到混合体，将混合体
进行粉碎处理，备用；
[0008](3)：将步骤(2)所得粉体在还原性气体氢气气氛下进行低温、高温两段式还原，低温还原温度为400～600℃、氢气流量3～8m3/h、还原时间8～25h、铺粉高度≤1/2；高温还原温度为800～1000℃、氢气流量15～20m3/h、还原时间8～25h、铺粉高度≤1/2；
[0009](4)：根据最终产品需求的尺寸，选取合适尺寸的石墨模具，将步骤(3)高温还原后所得前驱粉体装入石墨模具中，将石墨模具置入放电等离子烧结炉中进行低温烧结处理，烧结工艺为：在20～50MPa下，以50～100℃/min升温至T1，在T
I
温度下保温0～3min，降温50～200℃到T2，在T2温度下保温15～30min，得到钼合金坯料；
[0010]其中T1的温度范围为1300～1900℃，T2＝T1‑
ΔT，ΔT的温度范围为50～200℃；
[0011](5)：将步骤(4)所得钼合金坯料在保护性气氛下加热至1300～1700℃，保温30～60min，然后进行高温大变形量热塑性加工；
[0012](6)：将步骤(5)所得钼合金坯料在保护性气氛下退火处理，最终得到高强韧细晶钼合金。
[0013]通过以上方法制备得到的高强韧细晶钼合金的晶粒度在0.5～5μm，室温抗拉强度大于900MPa，延伸率大于52％，高温抗压强度大于390Mpa，分别较纯钼金属提高了100％以上、100％以上和50％以上，实现了在不降低钼合金强度的前提下增加了其塑韧性。
[0014]进一步地，步骤(1)所述的钼酸铵可以选用四钼酸铵或者二钼酸铵，以钼酸铵的质量为基础，硝酸铝的加入质量占钼酸铵质量的0.5～3％，尿素的质量占钼酸铵质量的0.2～1.5％，Ti3AlC2的质量占钼酸铵质量的0.2～2％。
[0015]进一步地，步骤(3)高温还原后得到的粉体粒径为200～600nm，步骤(4)烧结得到的钼合金括钼晶粒和均匀分布在钼晶粒中的纳米Al2O3及纳米TiC
0.67
，钼晶粒的平均宽度为3～20μm、长宽比≤3，均匀分布在钼晶粒中的纳米Al2O3为纳米针状，其平均粒径为10～50nm，纳米TiC
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的平均粒径为50～200nm。
[0016]较佳地，步骤(5)高温热塑性加工为旋锻、轧制、挤压或拉拔中的一种或几种组合；热塑性加工的总道次数为3～10次，每道次变形量25～35％，总变形量≥80％。通过高温热塑性加工可以进一步细化晶粒、提升钼合金的致密度和性能。
[0017]较佳地，步骤(6)中退火温度为850～1600℃，保温时间为30～200min。
[0018]进一步地，也可以将步骤(1)中的硝酸铝用硝酸镧、硝酸铬、硝酸锆、硝酸钇中的任意一种或几种替代，替代后通过前述工艺制备的钼合金中对应的氧化物不再是氧化铝，而分别是氧化镧、氧化铬、氧化锆、氧化钇等，可以对本专利技术的方法进行扩展应用。
[0019]进一步地，步骤(2)中的Ti3AlC2也可以用Zr3AlC2、Si3AlC2、Hf3AlC2、Zr2AlC、Si2AlC、Hf2AlC2、Zr4AlC3、Si4AlC3、Hf4AlC3中的任意一种或几种替代，同样能够得到原位自生纳米氧化物碳化物协同增韧细晶钼合金，只是增强相碳化物有所变化。
[0020]进一步地，还可以按照上述方法将钼酸铵替换成偏钨酸铵或仲钨酸铵，制备原位自生纳米氧化物碳化物协同增韧细晶钨合金；或将钼酸铵替换成硝酸铜，制备原位自生纳米氧化物碳化物协同增韧细晶铜合金；或将钼酸铵替换成硝酸镍，制备原位自生纳米氧化物碳化物协同增韧细晶镍合金，对本专利技术进行扩展应用。
[0021]本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，其至少具有下列优点：
[0022](1)本专利技术只需要通过水热工艺制备添加很少的二次相材料，水热过程简单易操
作，没有需要特殊调节的相关参数。同时，规避了钼酸铵经水热后生成大颗粒团聚物，如果不进行煅烧工艺细化粉体，将无法实现还原工艺等问题。本专利技术优化掉煅烧工艺，还可避免MoO3在低温还原过程中生成中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位自生纳米氧化物碳化物协同增韧细晶钼合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)：根据最终产品的需求，称取一定量的硝酸铝和尿素，加水充分溶解，将得到的混合体系倒入不锈钢水热釜的聚四氟乙烯内衬中，锁紧水热釜，放入干燥箱中于180～200℃水热反应，得到氧化铝前驱体溶液；(2)：根据最终产品的需求，称取一定量的钼酸铵和Ti3AlC2粉，加入适量蒸馏水，并加入步骤(1)得到的氧化铝前驱体溶液，充分搅拌，抽滤、低温干燥后得到混合体，将混合体进行粉碎处理，备用；(3)：将步骤(2)所得粉体在还原性气体氢气气氛下进行低温、高温两段式还原，低温还原温度为400～600℃、氢气流量3～8m3/h、还原时间8～25h、铺粉高度≤1/2；高温还原温度为800～1000℃、氢气流量15～20m3/h、还原时间8～25h、铺粉高度≤1/2；(4)：根据最终产品需求的尺寸，选取合适尺寸的石墨模具，将步骤(3)高温还原后所得前驱粉体装入石墨模具中，将石墨模具置入放电等离子烧结炉中进行低温烧结处理，烧结工艺为：在20～50MPa下，以50～100℃/min升温至T1，在T
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温度下保温0～3min，降温50～200℃到T2，在T2温度下保温15～30min，得到钼合金坯料；其中T1的温度范围为1300～1900℃，T2＝T1‑
ΔT，ΔT的温度范围为50～200℃；(5)：将步骤(4)所得钼合金坯料在保护性气氛下加热至1300～1700℃，保温30～60min，然后进行高温大变形量热塑性加工；(6)：将步骤(5)所得钼合金坯料在保护性气氛下退火处理，最终得到高强韧细晶钼合金。2.如权利要求1所述的原位自生纳米氧化物碳化物协同增韧细晶钼合金的制备方法，其特征在于所述的钼酸铵选用四钼酸铵或者二钼酸铵。3.如权利要求1所述的原位自生纳米氧化物碳化物协同增韧细晶钼合金的制备方法，其特征在于步骤(3)高温还原后得到的粉体粒径为200～600nm。4.如权利要求1所述的原位自生纳米氧化物碳化物协同增韧细...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨璐，魏世忠，司岸恒，郑鑫园，王喜然，王新庆，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：