[发明专利]低氧TZM合金的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金方法制备低氧TZM合金的方法及其低氧TZM合金应用，采用该方法制备的TZM合金，氧含量可以低至20ppm以下，最优可达到1ppm。

背景技术

TZM合金(Titanium-Zirconium-Molybdenum Alloy)是钼基合金中常用的一种高温合金，也是目前商业用途中一种重要的高温合金。由于TZM合金具有良好的高温性能，因而在医疗器械、航空航天、电子工业以及玻璃陶瓷制造业等行业中得到广泛应用。

大量研究表明，TZM合金的塑性-脆性转变温度、再结晶温度、韧性均与氧含量有关。TZM合金内的氧易与强化元素钛、锆结合，钛、锆的氧化物颗粒较大，难以弥散均匀，强化效果差，且易形成裂纹源。TZM合金内氧含量高时，会使合金塑性-脆性转变温度升高，再结晶温度降低，直接导致合金韧性降低，可加工性差，严重影响合金性能。TZM合金内氧含量越高，合金性能越差，反之合金性能就越好，因此，氧是要严格控制的杂质元素。

生产上述合金的主要方法有两种：熔炼法和粉末冶金法。

熔炼法是将纯钼和一定量的钛、锆、碳元素在真空下进行熔炼得到TZM合金的方法。熔炼法可以使TZM合金内氧含量降到30ppm甚至20ppm以下。但熔炼法生产的上述合金晶粒粗大，工艺复杂，成品率低，成本高。

粉末冶金法是用钼粉与钛、锆粉末或氢化钛、氢化锆粉末及炭黑粉末按一定比例均匀混合后经静压成形、烧结、轧制(锻造)、退火得到TZM合金的方法。粉末冶金法生产的TZM合金晶粒细小，工序及设备简单，生产周期短，成品率高。但以往的粉末冶金技术很难降低TZM合金内的氧含量，通常粉末冶金法生产的TZM合金氧含量都在200ppm以上。

发明内容

本发明提供一种低氧TZM合金的制备方法及其应用，主要解决了应用粉末冶金的方法制生产出的TZM合金氧含量高的问题。

本发明的技术解决方案如下：

该低氧TZM合金的制备方法包括以下步骤：

1)原料选取

选取费氏粒度为4μm～50μm的工业钼粉，费氏粒度3μm～10μm的钛粉末与锆粉末或氢化钛与氢化锆粉末或钛粉末、锆粉末与氢化钛、氢化锆粉末的混合物，以及费氏粒度为0.1μm～3μm的碳单质粉末。理论上讲，选取的钼粉粉末费氏粒度越大，得到的TZM合金氧含量越低，但粉末的费氏粒度越大，制粉难度越大，制粉成本越高，且成型越困难，烧结温度高，时间长。所述混合原料按质量比计，含0.1％～2.0％的钛、锆粉末、氢化钛、氢化锆粉末或钛、锆粉末、粉末与氢化钛、氢化锆粉末以任意比例混合制成的混合物，0.01％～0.15％的碳单质粉末和97.85％～99.89％的工业钼粉。

2)原料成型

对经步骤1)混合均匀的原料进行等静压或模压得到成型坯料，选取的压力大小与粉末粒度大小有关，通常选取100MPa～300MPa，优选220MPa～300MPa。

3)原料烧结

在真空、氢气或惰性气体环境中对成型坯料进行烧结，烧结温度为1800℃～2300℃，烧结时间和烧结温度与待烧结坯的尺寸大小及粉末粒度有关，粉末粒度越大，烧结温度越高，通常烧结时间为5～15小时。

以上所述的碳单质粉末是炭黑、石墨或碳粉任一或任意多种以任意比例混合；粉末费氏粒度过大时，加工成本就会大幅提升。因此，综合制粉、成型、烧结所需的成本以及原料性能等因素考虑得出钼粉粒度的优选范围为10μm～30μm。

应用上述方法制备的低氧TZM合金，用于X射线管旋转阳极靶、复合靶基靶、高温坩埚、热锻模具以及高温陶瓷垫的制备。

本发明的优点在于：

1.利用本发明提供的低氧TZM合金的制备方法制备出的低氧TZM合金，其氧含量可降低至低于20ppm，合金内氧含量杂质少，防止了强化元素铪形成氧化物，以及因氧化物颗粒粗大导致的弥散不均匀，易产生裂纹等缺陷。

2.利用本发明提供的低氧TZM合金的制备方法制备出低氧TZM合金内部的强化元素铪与碳化合后颗粒细小，颗粒直径小于1μm，弥散均匀，强化效果显著。

3.利用本发明提供的低氧TZM合金的制备方法制备出的低氧TZM合金塑性-脆性转变温度低，常温韧性强，可加工性强，成材率高，生产工艺简单成本低。

4.利用本发明提供的低氧TZM合金的制备方法制备出的低氧TZM合金再结晶温度高，高温下性能优良且稳定。

具体实施方式