[发明专利]一种提高钽钨合金中铪含量的方法

说明书

本发明公开了一种提高钽钨合金中铪含量的方法，该方法包括：一、将钽粉、钨粉和铪粉按设计含量混合均匀，得到混合粉末；二、将混合粉末压制成坯条；三、将坯条进行真空高温烧结，得到烧结坯条；四、将烧结坯条进行两次真空电子束熔炼，得到钽钨合金。本发明采用高温真空烧结使原料粉末完成预合金化的同时，在冷却过程中及时充入氩气保护，有效减少了铪的挥发，并在两次快速的真空电子束熔炼过程中采用不同的熔炼速度，避免了铪元素被大量抽出，同时促进了钽钨合金的均质化，进一步避免了铪元素的大量挥发，最终钽钨合金中铪的质量含量为设计含量的80％以上。

技术领域

本发明属于难熔金属合金制备技术领域，具体涉及一种提高钽钨合金中铪含量的方法。

背景技术

钽合金具有高熔点、高强度、良好的室温塑性、耐蚀性和易于加工成形等优点，在化工、航空、航天和原子能工业等领域应用广泛。目前我国应用成熟的钽合金主要有Ta2.5W、Ta10W、Ta12W，但该系列合金都存在不抗氧化的问题。通过添加一定量的Hf元素，可有效降低合金中氧的溶解度，提高合金抗钾、钠、锂、铯、汞等碱金属的腐蚀能力。添加Hf元素后，合金的高温性能、加工性能良好，在-160℃到1370℃温度区间，合金均保持很好的延性和强度，可在超高温、超高压、高速气流冲蚀、急冷急热等极端环境下工作。

实验表明，Ta10W合金回流蛇管在980℃时就会受到钾的严重侵蚀，但是Ta8W2Hf合金在1315℃暴露2000h的条件下也不会受到任何侵蚀。分析原因，Ta10W中O元素在加工测试过程中溶解于钽基体中，晶界区域氧含量较高导致了碱性金属对晶间区域的优先腐蚀，并形成空洞。加入Hf元素后形成稳定的氧化物，氧化物几乎不会受到碱性金属的侵蚀，从而显著提高合金耐腐蚀性。

作为难熔金属合金，TaW系列合金熔点高且易氧化，一般采用真空电子束熔炼方法制备，少量采用粉末冶金方法。Hf的熔点为2222℃，比Ta熔点低近800℃，在Hf熔点附近，Hf的蒸气压比钽高3个数量级，因此在真空熔炼时Hf较Ta先熔化，且极易挥发，因此对于TaWHf系列合金，铪的添加方式及合金的制备方式都将影响合金的最终成分。美国采用电子束熔炼加电弧炉熔炼的方法，将高熔点、难挥发的Ta、W先用电子束熔炼合金化，再在电弧炉熔炼时将Hf加入，将两种熔炼方式结合，既实现的电子束熔炼的提纯效果，也利用了电弧炉快速熔炼的优点，避免了Hf元素挥发不可控的问题。

我国目前还没有可熔炼钽合金的超高功率电弧炉。目前电弧炉熔炼设备条件下，如采用与电弧炉坩埚配套的电极尺寸，电弧炉功率达不到，合金熔不透，如采用较小的电极，则坩埚比不够，不能充满熔池。采用粉末冶金法制备，合金杂质元素含量高、致密度差，对后续加工不利，锻造、轧制容易开裂，影响合金性能。我国尚无添加铪的钽钨合金牌号，也未见相关研究报道。西北有色金属研究院开展过添加Hf元素的钽钨合金探索研究，分别通过粉末冶金、熔炼两种方法，最高得到0.46wt％Hf的钽钨合金，粉末冶金法制备的合金强度、塑性均显著低于熔炼法，急需在现有设备条件下，通过工艺突破，得到高铪含量的致密钽钨合金。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种提高钽钨合金中铪含量的方法。该方法在高温真空烧结的冷却过程中及时充入氩气保护，有效减少了铪的挥发，并在两次快速的真空电子束熔炼过程中采用不同的熔炼速度，避免了铪元素被大量抽出和挥发，最终钽钨合金中铪的质量含量为设计含量的80％以上，大大提高了钽钨合金中铪含量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种提高钽钨合金中铪含量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将钽粉、钨粉和铪粉按设计含量混合均匀，得到混合粉末；所述钽粉、钨粉和铪粉的粒径均不超过60目，质量纯度均不小于99.9％；所述混合粉末中铪的质量百分数为0.5％～10％，钨的质量百分数为1％～15％，余量为钽和不可避免的杂质；

步骤二、将步骤一中得到的混合粉末压制成坯条；