[发明专利]一种提高钨铼合金高温强度的方法

说明书

本发明公开了一种提高钨铼合金高温强度的方法，该方法包括：一、根据钨铼合金中各元素的组分含量，分别准确称取W粉、Re粉和HfC粉，在惰性气氛下进行高能球磨，得到混合合金粉末；二、将混合合金粉末装入石墨模具中进行快速放电等离子烧结，随炉冷却后得到钨铼合金。本发明采用高能球磨结合高温下的快速放电等离子烧结工艺，有效细化晶粒，提高钨铼合金致密度，并使得HfC发生碳化的粗化过程，从而HfC分布在基体晶体内部和晶界处且呈多种不同尺寸，产生多尺寸强化效应，有效提高了钨铼合金的高温强度，满足了火箭喷管外围部件、锥体部件及发动机或引擎件等应用寿命的要求，且制备工艺流程短，无环境污染，经济效益高。

技术领域

本发明属于粉末冶金/复合材料技术领域，具体涉及一种提高钨铼合金高温强度的方法。

背景技术

钨(W)及其合金具有高熔点(高达3410℃)、优异的高温强度、良好的导热性和耐腐蚀性等优点，被广泛应用于火箭发动机的喷管、涡轮和燃烧室、核反应堆、动能穿刺器等。钨铼合金(W-Re)结合了钨的优点，同时依靠铼效应细化钨的晶粒尺寸，提高钨的力学性能和高温稳定性。

W-Re合金由于铼的添加，具有一系列优良性能，如高熔点、高强度、高硬度、高塑性、高的再结晶温度、高电阻率、低蒸气压、低电子逸出功和低的塑性脆性转变温度等。因此，在电子、核能、航天和测温等方面具有广泛用途。由于其高熔点及高温强度，W-Re合金也被用作宇航飞行器的挡热板、火箭喷管外围部件、锥体部件、发动机或引擎件的涂料。随着对W-Re合金研究的深入，其在高温领域的应用潜力也被进一步挖掘，从最初的用于热电偶测温，逐渐扩展到核能、航空航天等领域，具有极大的应用潜力。而作为高温结构材料，随着使用要求的不断提高，对W-Re合金的性能提出了更高要求，如要求其具备优异的高温强度。

目前W-Re合金在力学性能方面主要存在的问题主要集中在铼会导致合金的高温力学性能下降，即W-Re合金的熔点较低，比如W-26Re的熔点比纯钨的低近400K，原子间的相互作用力的下降对室温力学性能影响不大，但对于高温力学性能而言会产生较大的影响。现有研究发现，在钨中添加铼可以增加钨材料的塑性性能以及室温强度，但是过多的铼反而降低了钨材料的高温强度，并且铼作为稀有贵金属，高铼含量必然导致成本增加。因此找到一种合适的方法来保证W-Re合金优异的高温力学性能的同时降低铼含量非常必要。

近年来，碳化物/氮化物(TiC、HfC、ZrC、TiN、ZrN等)作为增强体被用于改善金属材料的力学性能，通过常温、高温弥散强化并增强抗烧蚀性能。但目前对于碳化物强化W-Re合金的制备、加工、微观组织及力学性能尚无系统性研究，对其强化机制也阐述不清，无法为其合理应用提供必要的指导。因此，开展碳化物强化W-Re合金的研究，得到相关强化工艺十分必要的。

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，提供一种提高钨铼合金高温强度的方法。该方法采用高能球磨结合高温下的快速放电等离子烧结工艺，有效细化晶粒，提高钨铼合金致密度，并使得HfC发生碳化的粗化过程，从而HfC分布在基体晶体内部和晶界处且呈多种不同尺寸，产生多尺寸强化效应，有效提高了钨铼合金的高温强度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种提高钨铼合金高温强度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据钨铼合金中各元素的组分含量，分别准确称取W粉、Re粉和HfC粉，在惰性气氛下进行高能球磨，得到混合合金粉末；

步骤二、将步骤一中得到的混合合金粉末装入石墨模具中进行快速放电等离子烧结，随炉冷却后得到钨铼合金；所述快速放电等离子烧结的过程为：在30MPa～60MPa的压力条件下，先以20℃/min的速率升温至1200℃，然后以5℃/min的速率升温至2400℃并保温25min～35min。