專利名稱：一種耐高溫的Mo-Si-B合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐高溫的Mo-S1-B合金的制備方法，屬于耐高溫材料的制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代工業(yè)中，高溫過程越來越普遍，這對一些高溫結(jié)構(gòu)材料的使用溫度提出了更高的要求，如渦輪機(jī)、航空發(fā)動機(jī)葉片、熱交換器和加熱元件等。用于高溫環(huán)境中的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)該有足夠高的使用溫度、抗氧化性和斷裂韌性，為了獲得這些理想的性能，必須開發(fā)新材料。人們對可能在高溫下使用的金屬間化合物進(jìn)行了廣泛的研究。Mo-S1-B合金作為最新的一代航空發(fā)動機(jī)用結(jié)構(gòu)材料和高溫抗氧化涂層材料，國外對此進(jìn)行了大量的研究，并獲得突破性進(jìn)展。研究結(jié)果表明，添加硼的Mo-S1-B系合金具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和可與MoSi2相比的優(yōu)異的高溫抗氧化性能。70年代末以來，以金屬鋁化物(主要是N1-AUTi 一 Al和Fe—Al系)為主流的高溫結(jié)構(gòu)用金屬間化合物得到了廣泛而深入的研究。目前，改性結(jié)構(gòu)鋁化物特別是Ti 一 Al和N1- Al系化合物合金(主要是Ni3Al和Ti3Al)及其復(fù)合材料已經(jīng)進(jìn)入工程應(yīng)用研究階段。Ni3Al和Ti3Al等鋁化物雖然室溫塑性好、比強(qiáng)度高，但高于650°C時抗氧化性能差，需要施加保護(hù)涂層。T1-Al合金在溫度高于800°C時也表現(xiàn)出較差的抗氧化性；Al3Ti則存在熔點較低(1340°C )、成分范圍較窄的缺點。從80年代末開始，結(jié)構(gòu)用金屬硅化物(尤其是MoSi2)得到了深入研究。MoSi2具有高的熔點(2030°C)和 優(yōu)異的高溫抗氧化性能，作為高溫工業(yè)爐的發(fā)熱元件使用溫度已經(jīng)達(dá)到了 1800°C，然而MoSi2基合金的室溫力學(xué)性能和高溫抗蠕變性能都比較差，在500°C左右還容易發(fā)生“PEST”氧化。Mo5Si3也是一種能用于高溫環(huán)境的結(jié)構(gòu)材料，其抗蠕變性能優(yōu)于MoSi2，但高溫抗氧化性能非常差。Mo-S1-B合金作為最新的一代航空發(fā)動機(jī)用結(jié)構(gòu)材料和高溫抗氧化涂層材料。目前對Mo-S1-B合金的研究主要集中在兩個體系:a -Mo+ Mo3Si+Mo5SiB2 (T2) ^o5Si3(T1) +Mo3Si + Mo5SiB2 (T2)。目前制備Mo-S1-B合金的方法可以分為兩類:電弧熔煉法和粉末冶金法。其中粉末冶金法又可分為粉末燒結(jié)/壓制法、燃燒合成法(自蔓延高溫合成)和反應(yīng)熱壓、放電等離子燒結(jié)、機(jī)械合金化法等。電弧熔煉具有設(shè)備簡單、所需能量低、瞬間合成等優(yōu)點，但其主要缺點是制備的材料中會產(chǎn)生孔洞和裂紋，不利于機(jī)械加工。另外對于Mo-S1-B合金，要克服硅化物高熔點的阻礙，需要較高熔煉溫度；在熔煉過程中由于揮發(fā)所造成的硅損失會產(chǎn)生某些不需要的中間相，降低材料的力學(xué)性能，成分不均勻。壓制/燒結(jié)是一種傳統(tǒng)的粉末冶金法，其中壓制階段多應(yīng)用冷等靜壓(CIP)和熱等靜壓(HIP)。冷等靜壓可以保證樣品密度分布均勻；熱等靜壓可以消除制品內(nèi)部孔隙和缺陷，提高致密度。傳統(tǒng)粉末冶金法工藝簡單成熟，但得到的Mo-S1-B合金致密度較低，有一定孔隙。自蔓延高溫合成(SHS)是在一定的氣氛中點燃粉末壓坯，化學(xué)反應(yīng)放出的生成熱使得鄰近的物料溫度驟然升高而維持反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，燃燒波推進(jìn)前移時反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌铩Ｆ浼夹g(shù)制備的產(chǎn)品純度高、能耗低，工藝快速簡單。但主要問題是產(chǎn)品孔隙多，致密度較低及合成過程難以控制。反應(yīng)熱壓是把粉末混合料裝在壓模中，同時加熱加壓，點燃燃燒反應(yīng)并利用粉末之間的反應(yīng)和放熱，使成型，合成和燒結(jié)在同一工序中完成的技術(shù)。反應(yīng)熱壓可在比較低壓力下使產(chǎn)物獲得冷壓加反應(yīng)燒結(jié)所達(dá)不到的密度，并可以在比普通熱壓低的溫度和短的時間內(nèi)完成致密化，也比較容易得到細(xì)小的晶粒組織。放電等離子燒結(jié)(SPS)能在極短的燒結(jié)時間和相對低的燒結(jié)溫度下制備出組織均勻、晶粒細(xì)小、高致密度的材料。其獨特的等離子活化和快速燒結(jié)作用，抑制了晶粒長大。較好地保 持原始顆粒的微觀結(jié)構(gòu)，從而在本質(zhì)上提高了材料性能。機(jī)械合金化(MA)是是一個通過高能球磨使粉末經(jīng)受反復(fù)的變形、冷焊、破碎，從而達(dá)到元素間原子水平合金化的復(fù)雜物理化學(xué)過程。機(jī)械合金化在固態(tài)下實現(xiàn)合金化，可以避免復(fù)雜的凝固過程，工藝條件簡單經(jīng)濟(jì)；能獲得均勻細(xì)小的顯微組織和彌散的強(qiáng)化相，從而提高金屬間化合物的韌性，改善加工性能；可以完全不經(jīng)過熔化過程，特別適合難熔金屬的合金化。但是，機(jī)械合金化法還存在一些問題，如高能球磨過程中，磨罐與磨球的磨損摻雜造成粉體材料的污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫的Mo-S1-B合金的制備方法，利用一種新的方法制備全致密、成分均勻的Mo-S1-B合金。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
一種耐高溫的Mo-S1-B合金的制備方法，包括如下步驟:
Cl)按照重量百分比配制Mo-S1-B合金的原料，其中，Mo:70 89%、S1:1(Γ25%、Β:1 5% ；
(2)將步驟(I)的原料采用粉末冶金方法燒結(jié)成塊料，再用電子束熔煉的方法進(jìn)行熔鑄；得到耐高溫的Mo-S1-B合金。所述的采用粉末冶金方法燒結(jié)成塊料，包括:
(1)將原料粉末按上述成分比例進(jìn)行配料和混料，混合均勻的原料粉末，在冷等靜壓機(jī)上進(jìn)行冷等靜壓，得到坯料。所述冷等靜壓的壓力為15(T250MPa，保壓時間為5 20分鐘
(2)將得到的坯料進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，預(yù)燒結(jié)工藝為:以10°C/min的升溫速度升溫，預(yù)燒結(jié)溫度為120(Tl60(rC，預(yù)燒結(jié)時間為廣2小時，然后隨爐冷卻到室溫，預(yù)燒結(jié)氣氛為氫氣，得到預(yù)燒結(jié)的棒料。所述的電子束熔煉的方法，包括:將預(yù)燒結(jié)的棒料，利用電子束熔煉爐進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為250(T3000°C，熔煉時間f 1.5小時，熔煉后鑄錠隨爐冷卻。優(yōu)選的，在原料中，所述的硅采用硅化鑰的形式加入，以減少熔鑄過程中硅的過度揮發(fā)。熔鑄前，可適當(dāng)增加硅和硼元素的加入量，以獲得理想的化學(xué)成分。優(yōu)選的，加入過量5 20wt.%的硅，加入過量5 20wt.%的硼，即再次加入硅和硼的重量為已加入硅和硼重量的5 20%。本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、本發(fā)明熔鑄后得到的Mo-S1-B合金，化學(xué)成分均勻、無孔洞全致密。2、本發(fā)明熔鑄后得到的Mo-S1-B合金的金相組織為Mo、Mo3Si與Mo5SiB2。3、本發(fā)明熔鑄的合金可根據(jù)不同的要求調(diào)整各個相所占的比例。4、本發(fā)明合金中含有一定量的共晶組織。5、本發(fā)明合金可以在1200°C以上具有良好的性能。下面通過附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但并不意味著對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。


圖1為實施例1所得Mo-S1-B合金的金相組織圖。圖2為實施例2所得Mo-S1-B合金的金相組織圖。圖3為實施例3所得Mo-S1-B合金的金相組織圖。

圖4為實施例4所得Mo-S1-B合金的金相組織圖。圖5為實施例5所得Mo-S1-B合金的金相組織圖。
具體實施例方式實施例1
本實施例按照如下的合金成分配料:Mo:87.52%, Si 11.32%，B:1.16%。將不同原料粉末按上述成分比例進(jìn)行配料和混料，混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘，混料12小時。 混合均勻的原料粉末，在220MPa冷等靜壓機(jī)上，進(jìn)行冷等靜壓保壓時間為8分鐘，獲得具有一定致密性的O25 30mm棒，便于以后的預(yù)燒結(jié)和熔煉。預(yù)燒結(jié)工藝:升溫速度10°C /mim, 1260°C保溫120分鐘，然后隨爐冷卻到室溫，預(yù)
燒結(jié)氣氛為氫氣。預(yù)燒結(jié)的棒料，利用電子束熔煉爐進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為2700°C，熔煉時間為80分鐘，熔煉后鑄錠隨爐冷卻，電子束熔煉后獲得成分均勻、組織致密的Mo-S1-B合金，合金的金相組織照片如圖1。所得合金的成分為Mo:90.92%, Si 8.12%, B:0.96%。實施例2
本實施例按照如下的合金成分配料:Mo:81.50%:Si:14.34%,B:4.16%。將不同原料粉末按上述成分比例進(jìn)行配料和混料，混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘，混料12小時?；旌暇鶆虻脑戏勰?，在230MPa冷等靜壓機(jī)上，進(jìn)行冷等靜壓保壓時間12分鐘，獲得具有一定致密性的Φ 25 30mm棒，便于以后的預(yù)燒結(jié)和熔煉。預(yù)燒結(jié)工藝:升溫速度10°C /mim, 1200°C保溫90分鐘，然后隨爐冷卻到室溫，預(yù)燒
結(jié)氣氛為氫氣。預(yù)燒結(jié)的棒料，利用電子束熔煉爐進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為2900°C，熔煉時間為90分鐘，熔煉后鑄錠隨爐冷卻，電子束熔煉后獲得成分均勻、組織致密的Mo-S1-B合金，合金的金相組織照片如圖2。所得合金的成分為Mo:86.69%:S1:10.45%, B:2.86%。實施例3本實施例按照如下的合金成分配料:Mo:77.94%:Si:20.57%,B:1.49%。將不同原料粉末按上述成分比例進(jìn)行配料和混料，混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘，混料12小時?；旌暇鶆虻脑戏勰?00MPa冷等靜壓機(jī)上，進(jìn)行冷等靜壓保壓時間10分鐘，獲得具有一定致密性的Φ 25 30mm棒，便于以后的預(yù)燒結(jié)和熔煉。預(yù)燒結(jié)工藝:升溫速度10°C /mim, 1260°C保溫60分鐘，然后隨爐冷卻到室溫，預(yù)燒
結(jié)氣氛為氫氣。預(yù)燒結(jié)的棒料，利用電子束熔煉爐進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為3000°C，熔煉時間為60分鐘，熔煉后鑄錠隨爐冷卻，電子束熔煉后獲得成分均勻、組織致密的Mo-S1-B合金，合金的金相組織照片如圖3。所得合金的成分為Mo:82.34%:S1:16.56%, B:1.10%。實施例4
本實施例按照如下的合金成分配料:Mo:70%:Si:25%, B:5%，硅采用硅化鑰的形式加入。將不同原料粉末按上述成分比例進(jìn)行配料和混料，混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘，混料12小時。混合均勻的原料粉末，在200MPa冷等靜壓機(jī)上，進(jìn)行冷等靜壓保壓時間12分鐘，獲得具有一定致密性的Φ 25 30mm棒，便于以后的預(yù)燒結(jié)和熔煉。預(yù)燒結(jié)工藝:升溫速度10°C /mim, 1500°C保溫80分鐘，然后隨爐冷卻到室溫，預(yù)燒
結(jié)氣氛為氫氣。預(yù)燒結(jié)的棒料，利用電子束熔煉爐進(jìn)行熔煉，熔煉前，加入過量20wt.%的硅，加入過量5wt.%的硼。熔煉溫度為2600°C，熔煉時間為70分鐘，熔煉后鑄錠隨爐冷卻，電子束熔煉后獲得成分均勻、組織致密的Mo-S1-B合金，合金的金相組織照片如圖4。合金的成分為Mo:77.86%:S1:20.67%, B:1.47%。實施例5
本實施例按照如下的合金成分配料:Mo:89%:Si:10%, B:1%，硅采用硅化鑰的形式加入。將不同原料粉末按上述成分比例進(jìn)行配料和混料，混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘，混料12小時?；旌暇鶆虻脑戏勰?，在250MPa冷等靜壓機(jī)上，進(jìn)行冷等靜壓保壓時間5分鐘，獲得具有一定致密性的O25 30mm棒，便于以后的預(yù)燒結(jié)和熔煉。預(yù)燒結(jié)工藝:升溫速度10°C /mim, 1200°C保溫120分鐘，然后隨爐冷卻到室溫，預(yù)
燒結(jié)氣氛為氫氣。預(yù)燒結(jié)的棒料，利用電子束熔煉爐進(jìn)行熔煉，熔煉前，加入過量5wt.%的硅，加入過量20wt.%的硼。熔煉 溫度為2800°C，熔煉時間為90分鐘，熔煉后鑄錠隨爐冷卻，電子束熔煉后獲得成分均勻、組織致密的Mo-S1-B合金，合金的金相組織照片如圖5。合金的成分為 87.45%, Si 11.25%，B:1.30%。實施例1-5熔鑄后得到的Mo-S1-B合金，化學(xué)成分均勻、無孔洞全致密，熔鑄后得到的Mo-S1-B合金的金相組織為Mo、Mo3Si與Mo5SiB215本發(fā)明熔鑄的合金可根據(jù)不同的要求調(diào)整各個相所占的比例，合金中含有一定量的共晶組織，在1200°C以上具有良好的性能。
權(quán)利要求
1.一種耐高溫的Mo-S1-B合金的制備方法，包括如下步驟: (1)按照重量百分比例配制Mo-S1-B合金的原料，其中，Mo:70 89%、Si: 10 25%、B:1 5% ； (2)將步驟(I)的原料采用粉末冶金方法燒結(jié)成塊料，再用電子束熔煉的方法進(jìn)行熔鑄，得到耐高溫的Mo-S1-B合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫的Mo-S1-B合金的制備方法，其特征在于:采用粉末冶金方法燒結(jié)成塊料包括: (1)將原料粉末進(jìn)行配料和混料，混合均勻的原料粉末，在冷等靜壓機(jī)上進(jìn)行冷等靜壓，所述冷等靜壓的壓力為15(T250MPa，保壓時間為5 20分鐘，得到坯料； (2)將得到的坯料進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，預(yù)燒結(jié)工藝為:以10°C/min的速度升溫，預(yù)燒結(jié)溫度為120(Tl60(rC，時間為廣2小時，然后隨爐冷卻到室溫，預(yù)燒結(jié)氣氛為氫氣，得到預(yù)燒結(jié)的棒料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫的Mo-S1-B合金的制備方法，其特征在于:所述的電子束熔煉的方法，包括將預(yù)燒結(jié)的棒料，利用電子束熔煉爐進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為250(T3000°C，熔煉時間1 1.5小時，熔煉后鑄錠隨爐冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫的Mo-S1-B合金的制備方法，其特征在于:所述的Si采用硅化鑰的形式加入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫的Mo-S1-B合金的制備方法，其特征在于:熔鑄前，再次加入硅和硼，再次加 入硅和硼的重量為已加入硅和硼重量的5 20%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐高溫的Mo-Si-B合金的制備方法，包括如下步驟(1)按照重量百分比例配制Mo-Si-B合金的原料，其中，Mo70~89%、Si10~25%、B:1~5%；(2)將步驟(1)的原料采用粉末冶金方法燒結(jié)成塊料，再用電子束熔煉的方法進(jìn)行熔鑄，得到耐高溫的Mo-Si-B合金。本發(fā)明熔鑄后得到的Mo-Si-B合金，化學(xué)成分均勻、無孔洞全致密，熔鑄后得到的Mo-Si-B合金的金相組織為Mo、Mo3Si與Mo5SiB2。
文檔編號C22C1/02GK103160701SQ20111040764
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者劉志國, 杜永波, 胡辛寧, 谷洪剛, 史青, 劉文銳 申請人:北京有色金屬研究總院