[发明专利]一种Zr-Ti-Nb合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种Zr‑Ti‑Nb合金及其制备方法，属于粉末冶金技术领域。本发明提供的Zr‑Ti‑Nb合金，包括以下质量百分含量的元素组分：20～40％Zr、10～60％Ti和20～50％Nb。在本发明中，Zr、Ti和Nb在烧结过程中可以通过固溶作用，形成无限固溶体，有效提高合金材料的强度，且固溶作用还能使合金的晶型由密排六方结构，转变为具有强变形能力的体心立方结构，有效提高合金材料的塑性；同时，Nb元素的添加能够影响合金的混合熵和混合焓，改变合金的价电子浓度，影响合金的相组成，造成合金的位错运动阻力的提升，增加合金的加工硬化率，实现提升合金强度的目的。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，尤其涉及一种Zr-Ti-Nb合金及其制备方法。

背景技术

据报道，由结构件的失效引起的机械故障是我国空间飞行器失效的主要原因。目前，主要应用于空间活动构件的材料一般为钛合金(如：Ti6Al4V)和合金钢(如：20CrMnTi、GCr15和20Cr等)。然而，上述两类材料由于存在强度或比强度低、膨胀系数大、尺寸稳定性不高等缺陷，严重限制着我国空间活动构件的发展。

Zr合金在耐辐照和耐腐蚀性上表现出了优异的性能，可作为空间飞行器的结构材料使用。传统制备Zr合金的主要方法为熔炼铸造法，该方法制得的Zr合金普遍强度较低，且极易造成成分偏析，成本高，制备得到的Zr合金的强度为800～1200MPa，而空间活动构件要求合金材料的强度不低于1400MPa，传统熔炼铸造法制得的Zr合金在强度方面难以满足空间活动构件的使用要求。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种Zr-Ti-Nb合金及其制备方法，本发明提供的Zr-Ti-Nb合金具有高强度，能够满足空间活动构件在强度方面的使用要求。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种Zr-Ti-Nb合金，包括以下质量百分含量的元素组分：

20～40％Zr、10～60％Ti和20～50％Nb。

优选地，包括以下质量百分含量的元素组分：

25～35％Zr、20～50％Ti和30～45％Nb。

本发明还提供了上述技术方案所述Zr-Ti-Nb合金的制备方法，包括以下步骤：

将Zr源粉末、Ti源粉末和Nb源粉末混合，得到混合粉末；

将所述混合粉末进行压制成型，得到成型坯体；

在保护气氛中，将所述成型坯体进行烧结，得到烧结坯体；

在保护气氛中，将所述烧结坯体进行热等静压处理，得到所述Zr-Ti-Nb合金；

所述热等静压处理的温度为1000～1400℃，保温时间为0.2～5h，压力为100～200MPa。

优选地，由室温升温至所述热等静压处理的温度的升温速率为5～10℃/min。

优选地，所述压制成型的压力为200～400MPa，保压时间为10～60min。

优选地，所述烧结包括依次进行的第一烧结、第二烧结和第三烧结：

所述第一烧结的温度为500～800℃，保温时间为0.5～2h，由室温升温至所述第一烧结的温度的升温速率为5～10℃/min；

所述第二烧结的温度为800～1200℃，保温时间为1～5h，由所述第一烧结的温度升温至所述第二烧结的温度的升温速率为1～3℃/min；

所述第三烧结的温度为1300～1500℃，保温时间为2～5h，由所述第二烧结的温度升温至所述第三烧结的温度的升温速率为3～5℃/min；