[发明专利]一种纳米稀土氧化物掺杂钼-硅-硼合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，特别涉及一种纳米稀土氧化物掺杂钼-硅-硼合金的制备方法。

背景技术

近年来，随着航天航空和国防工业的快速发展，对高温结构材料的高温力学和抗氧化性能提出了更高、更苛刻的要求，而目前广泛使用的镍基超合金等高温合金因其自身的局限(最高服役温度不能超过1100℃)已经成为制约相关工业领域发展的瓶颈。因此各国科学家加快了对下一代高温结构材料的研究进度，目前的研究结果表明，由Mo、Mo₃Si和Mo₅SiB₂三相组成的钼-硅-硼合金是最有潜力能够取代镍基超合金，成为下一代高温结构材料的最佳候选材料。

由Mo、Mo₃Si和Mo₅SiB₂三相组成的钼-硅-硼合金，由于Mo₅SiB₂相的存在而赋予了该合金具有良好的高温抗氧化能力，尽管Mo相的存在可以保证该合金具有良好的韧性，但由于Mo没有因改变温度而发生晶体学相变的性质，但却具有体心立方金属所固有的韧脆转变和低温脆性的本征特性，因此如何进一步改善和提高钼-硅-硼合金韧性以提高其可加工性能成为开发钼-硅-硼合金深加工产品和扩大其应用领域的关键！同时，Mo金属本身存在的强度不足的问题在一定程度上也制约着钼-硅-硼合金的高温应用领域的扩展。

根据目前对钼合金强韧化的研究成果可知，在钼-硅-硼合金中掺杂稀土氧化物也将是改善该合金强韧性的有效手段，因此获得均匀分布的稀土氧化物颗粒掺杂钼-硅-硼合金将是解决以上这些问题的有效方法。同时，如果能实现在钼-硅-硼合金基体中掺杂入纳米尺度氧化物颗粒，该纳米尺度氧化物颗粒不但会起到弥散强化作用，还会具有使钼-硅-硼合金中各相，尤其是Mo相晶粒细化的效果，因此发明一种可以获得纳米稀土氧化物掺杂钼-硅-硼合金的制备技术，则是改善和提高钼-硅-硼合金强韧性以及进一步扩大其应用领域的关键所在。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米稀土氧化物掺杂钼-硅-硼合金的制备方法，本发明采用稀土二钼酸铵(国家发明专利：ZL0410073414.3)为原材料制备钼-硅-硼合金，用本发明的方法制备的钼-硅-硼合金中含有的稀土氧化物为纳米尺度，钼、钼硅化合物、钼硅硼化合物的尺寸也细小且分布均匀，该钼-硅-硼合金具有比无稀土氧化物掺杂钼-硅-硼合金更优良的强度和韧性。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明所提供的纳米稀土氧化物掺杂钼-硅-硼合金的制备过程如下：

以稀土二钼酸铵为原料(该原料的制备方法请参考国家发明专利：ZL0410073414.3)，首先称取含稀土氧化物质量分数为0.3-2.5wt％的稀土二钼酸铵晶体粉末。

将稀土二钼酸铵粉末焙解和还原，焙解工艺为：温度为550-650℃，时间1-2h，所通氢气的压强为0.3-0.5Pa，流量为0.5-1.0m³/h；

对焙解后的粉料进行还原处理，工艺为：温度为900-1050℃，时间2-3h，所通氢气的压强为0.3-0.5Pa，流量为1-1.5m³/h；

称取还原后的钼合金粉品质，并向钼合金粉中添加硅粉和硼粉，所添加硅粉和硼粉的质量百分数分别占总质量分数(含稀土氧化物的钼合金粉、硅粉和硼粉的品质)的0.5-14.4wt％和0.5-4.3wt％，之后进行混合和球磨处理，球磨时间为12-24h。

将球磨后的混合粉料在真空热压烧结炉中进行热压烧结使其致密化，烧结温度为：1600-1800℃，烧结压强为：45-55MPa，烧结时间为：5-10h。即得到纳米稀土氧化物掺杂钼-硅-硼合金材料。

本发明所提供的纳米稀土氧化物掺杂钼-硅-硼合金，含有体积分数为10-60％的钼硅化合物和钼硅硼化合物，以及体积分数小于5％的稀土氧化物颗粒，其余成分为钼，其中稀土氧化物颗粒的尺寸细小，平均颗粒尺寸小于100nm，钼、钼硅化合物和钼硅硼化合物的尺寸也细小且分布均匀。

本发明所制得的纳米稀土氧化物掺杂钼-硅-硼合金，含有氧化镧、氧化铈、氧化钇其中的一种或两种组合或三种组合。

该合金具有高强度和高韧性。室温下和无稀土氧化物掺杂钼-硅-硼合金相比，强度和断裂韧性得到了明显提高。