專利名稱：一種高性能粉末冶金Mo-Ti-Zr鉬合金的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及粉末冶金領域，特別是采用粉末冶金方法制備 高性能TZM (Mo-Ti-Zr)鉬合金的方法。
背景技術：
TZM合金是鉬基合金中較為常用的一種，因其具有熔點 高、強度大、導電導熱性能好、抗蝕性能強及高溫力學性能良好等優(yōu) 點，被大量用于加工高溫結構材料，在航空、航天及原子核能工業(yè)等 高溫領域獲得了十分廣泛的應用。目前，合金元素Ti、 Zr及C添加 到Mo中制備TZM合金可采用電弧熔煉法及粉末冶金法，其中以電 弧熔煉較為普遍。然而，這種方法工藝十分復雜，尤其是熔煉過程， 由于各種元素熔點差異較大，合金中元素偏聚現象嚴重，最小化合金 元素偏聚的方法是重復將合金鑄塊磨成粉多次重復熔煉，這樣，便使 得工序更為復雜化。同時，電弧熔煉方法所制合金的顯微組織粗大， 成品率較低，加工量大，導致其生產成本非常高。粉末冶金方法工序 相對簡單，可以節(jié)省真空電弧爐、大型擠壓機和鍛錘以及相應的高溫 加熱爐等大型設備，使工序簡化，生產周期縮短，消耗降低，生產能 力及成品率得以提高，制備出的零部件形狀復雜，成品接近最終形狀， 加工量少或無加工、材料利用率高，同時所得合金顯微組織均勻，晶 粒較細小，產品質量較高，具有較低的經濟成本和非常大的技術優(yōu)勢。 目前，國內外己有一些研究學者研究了 TZM合金的粉末冶金制備技 術，所制備的TZM合金強度范圍在490 540MPa之間，其強度尚有待 提高，同時普通粉末冶金方法制備的TZM合金存在的韌性較低的缺陷 仍是制約此種合金在應用上的瓶頸。

發(fā)明內容
本發(fā)明克服了電弧熔煉及普通粉末冶金工藝的不足，采用 高能球磨+模壓成型+預燒結+高溫燒結+燒結后序處理技術制備高性 能TZM鉬合金。將金屬Mo粉，與Ti或TiKb和Zr或ZrH2粉末及有 機粘結劑在高能球磨機中進行機械球磨，制備出混合均勻的合金粉 末；采用壓制成型制備合金壓坯，壓坯在分別在保護氣氛下進行低溫 預燒和高溫燒結，最后燒結坯在保護氣氛下進行燒結后序處理，所制3備出的TZM鉬合金力學性能較電弧熔煉法和普通粉末冶金法制造 的合金優(yōu)異，拉伸強度最高能達570 600Mpa，延伸率達19~25%。為達到上述目的，本發(fā)明所采用的方案是一種粉末冶金高性能Mo-Ti-Zr (TZM)鉬合金的制備方法，其 特征在于(1) 合金元素及其成分為Ti (0.4 1.0wt%)、 Zr (0.06 0.12wt%) 及C (0.01 0.04wt%)，余量為Mo;(2) 合金粉末加入0.5 1.5wte/。有機粘結劑，采用高能球磨制備 預合金粉末，有機粘結劑為石蠟、聚乙二醇、硬脂酸或PVB中的一 種或多種有機粘結劑；(3) 將所制備預合金粉末在壓機上壓制成型；(4) 將所制備的壓坯在保護氣氛下進行預燒結、脫氫和脫氧， 其工藝為從室溫升到250 600。C保溫30 150min，再升到700 1200 。C保溫30 180min。采用的保護氣氛可為真空，N2， Ar ， H2中的一 種或兩種；(5) 將預燒坯在保護氣氛下進行高溫燒結，脫氧及控碳，其工 藝為從室溫升到1200 1700'C保溫30 150min，最后升到1800-2050 'C保溫60 210min。采用的保護氣氛可為真空，N2， Ar ， 112中的一 種或兩種；(6) 將制備的燒結坯在保護氣氛下進行進一步處理，在 1100 150(TC保溫30 180min，保護氣氛為真空，N2， Ar ， H2中的一 種或兩種；(7) 將熱處理后的合金樣品進行性能檢測，其拉伸強度最高能 達580~600Mpa，延伸率達19 25%，合金力學性能較普通粉末冶金 法制造的合金優(yōu)異。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果，體現在1. 采用粉末冶金方法，相對于電弧熔煉方法，其工序簡單，同時所得 合金性能較高。2. 采用混合粉末高能球磨制備預合金粉末，預合金粉末經成型后采用預燒結、脫氫脫氧+高溫燒結、高溫脫氧控碳+燒結后序處理技術制備TZM合金，相對于普通粉末冶金工藝所制合金，其抗拉強度大大提 高，同時克服了粉末冶金TZM合金延伸率普遍低下的問題，延伸率 達19~25%。3.采用高能球磨制備合金粉末，混合粉末發(fā)生機械預合金化，提高了 合金元素在Mo中的固溶量。
具體實施例方式
實例1:(1)以制備300g合金粉末為例，按質量百分比，稱取合金粉末 各組分的質量組分MoTiH2Zr硬脂酸質量(g)298.281.50.243硬脂酸在酒精中加熱溶解與粉末一起放入球磨筒，往球磨筒內充入N2氣，設定球磨時間為5h，制備預合金粉末。取出粉末，干燥， 然后用袋封裝備用。(2) 將所制預合金粉末壓制成型。(3) 將制備的壓坯在真空氣氛下預燒結，其工藝為從室溫升到380。C保溫45min，再升到UOO。C保溫150min;(4) 將得到的預燒坯進行通氫高溫燒結，其工藝為從室溫升到 1450。C保溫100min，最后升到1950。C保溫200min;(5) 將得到的燒結坯在120(TCAr氣氣氛下保溫30min，然后隨 爐冷卻；(6) 將處理后的合金樣品進行性能檢測，其拉伸強度能達 575Mpa以上，延伸率達20%以上。實例2:(1)以制備300g合金粉末為例，按質量百分比，稱取合金粉末 各組分的質量組分MoTiZrH2硬脂酸質量(g)297.991.650.362.4硬脂酸在酒精中加熱溶解與粉末一起放入球磨筒，往球磨筒內充入N2氣，設定球磨時間為15h，制備預合金粉末。取出粉末，干燥，5然后用袋封裝備用。(2) 將制備的預合金粉末壓制成型。(3) 將成形的壓坯進行氫氣預燒結，其工藝為從室溫升到450 。C保溫30min，再升到1050。C保溫120min(4) 將預燒坯在分解氨氣氛中高溫燒結，其工藝為從室溫升到 1400。C保溫100min，最后升到1920。C保溫200min。(5) 將燒結坯在135(TC真空氣氛下保溫60min。(6) 將(5)中處理后的合金樣品性能檢測，其拉伸強度能達 590Mpa以上，延伸率達23%以上。
權利要求
1.一種粉末冶金高性能Mo-Ti-Zr鉬合金的制備方法，其特征在于(1)將成分為0.4～1.0wt％的Ti、0.06～0.12wt％的Zr及0.01～0.04wt％的C，余量為Mo的合金粉末，和0.5～1.5wt％的石蠟、聚乙二醇、硬脂酸或PVB中的一種或多種有機粘結劑，采用機械球磨制備預合金粉末，球磨過程中的保護氣氛是真空、Ar氣或N2氣；(2)將所制備預合金粉末壓制成型；(3)將所制備的壓坯在保護氣氛下進行預燒結、脫氫和脫氧，其工藝為從室溫升到250～600℃保溫30～150min，再升到700～1200℃保溫30～180min，采用的保護氣氛為真空，N2，Ar或H2中的一種或兩種；(4)將制備的預燒坯在保護氣氛下進行高溫燒結，脫氧及控碳，其工藝為從室溫升到1200～1700℃保溫30～150min，最后升到1800～2050℃保溫60～210min，采用的保護氣氛為真空，N2，Ar或H2中的一種或兩種；(5)將制備的燒結坯在保護氣氛下進行進一步處理，在1100～1500℃保溫30～180min，得到拉伸強度最高達570～600Mpa，延伸率達19～25％的鉬合金。
2 .根據權利要求1所述的Mo-Ti-Zr鉬合金的制備方法，其特征 在于合金元素Ti為純金屬粉末或其氫化物粉末TiH2，合金元素Zr 為純金屬粉末或其氫化物粉末ZrH2。
3.根據權利要求1所述的粉末冶金Mo-Ti-Zr鉬合金的制備方法， 其特征在于步驟(1)所述的所述高能球磨采用干磨或添加球磨介 質的濕磨，濕磨法所采用的球磨介質是無水乙醇、溶劑汽油及丙酮液 體保護氣氛可以是真空、Ar氣或N2氣，球磨時間為3h 20h。
4.根據權利要求1所述的粉末冶金Mo-Ti-Zr鉬合金的制備方法， 其特征在于步驟(5)中所述的保護氣氛為真空，N2， Ar ， H2中 的一種或兩種。
全文摘要
一種用粉末冶金制備高性能Mo-Ti-Zr(TZM)合金的方法，本發(fā)明將金屬Mo粉與Ti(TiH₂)及Zr(ZrH₂)粉末及有機粘結劑在高能球磨機中進行機械球磨，制備出混合均勻的預合金粉末；混合粉末進行壓制成型；將壓坯在保護氣氛中預燒結、脫氫及脫氧，在高溫保護氣氛中脫氧、控碳及高溫燒結，最后將燒結坯進行燒結后序處理，所制備出的TZM鉬合金力學性能較普通粉末冶金法制造的合金優(yōu)異，拉伸強度最高能達570～600MPa，延伸率達19～25％。
文檔編號C22C27/00GK101250635SQ20081003104
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權日2008年4月11日
發(fā)明者濤 劉, 盧明園, 成會朝, 田家敏, 范景蓮 申請人:中南大學