金屬間化合物的方法
【專利摘要】提供一種制備NbCr2金屬間化合物的方法，屬于金屬間化合物新材料制備技術(shù)領(lǐng)域。采用粉末冶金法，將純度為99.9%的高純Nb、Cr粉按原子百分比Nb30?35at%、Cr65?70at%混合，在高能球磨機中球磨20?25h，每隔4h停機10?15min。球磨后的粉體放入石墨模具中，在放電等離子機上進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1000℃?1100℃，燒結(jié)過程以50?100℃/min的速度升溫至燒結(jié)溫度后保溫10?20min，同時施加20?30MPa的壓力，然后隨爐冷卻至室溫。本發(fā)明的優(yōu)點在于能夠制備出致密度大于98%、組織均勻的NbCr2金屬間化合物，具有較好的抗氧化性能和斷裂韌性，并且工藝簡單、時間短，易于操作。
【專利說明】
一種制備NbCr2金屬間化合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于金屬間化合物新材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用粉末冶金法+放電等離子燒結(jié)制備高性能NbCr2金屬間化合物制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，飛行器要求有更高的推重比，對渦輪發(fā)動機材質(zhì)提出了更高的要求，難熔合金成為潛在的候選材料，特別是鈮合金、鉻化物等。(見:聶小武，魯世強，王克魯，等.Laves相金屬間鉻化物的制備研究進展.鑄造技術(shù)，2006，27(7):756-759.)NbCr2合金具有較高的熔點(1770°C)、良好的高溫力學(xué)性能、適當?shù)拿芏鹊葍?yōu)點，成為具有應(yīng)用前景的結(jié)構(gòu)材料并受到了廣泛的關(guān)注，但這類材料的缺點是室溫脆性大、斷裂韌性低。(見:聶小武，何燕，熊順林，等.粉末冶金制備Laves相NbCr2化合物的強韌化研究進展.熱加工工藝，2011，(11):8-11.)
目前還沒有開發(fā)出工業(yè)化應(yīng)用的制備NbCr2合金的工藝，處于試驗階段的方法有粉末燒結(jié)法、熱壓法、熔鑄法等。由于Nb、Cr合金元素熔點高，采用熔鑄法制備時需要高溫度熔煉費時費電，且容易存在縮孔縮松缺陷;采用燒結(jié)法則時間較長，采用熱壓法則需要較高的熱壓動力。(見:聶小武，魯世強，王克魯，等.Laves相金屬間鉻化物的制備研究進展.鑄造技術(shù)，2006,27(7): 756-759.)因此，仍需要探索新的制備工藝提高NbCr2金屬間化合物的斷裂韌性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種制備NbCr2金屬間化合物的方法，將經(jīng)過高能球磨的合金粉體進行等離子放電熱壓燒結(jié)，不僅制備時間短、使用的溫度及壓力低，而且可以獲得較好的抗氧化性能和力學(xué)性能。
[0004]本發(fā)明制備NbCr2金屬間化合物的工藝是:以Nb粉、Cr粉為原料，將Nb粉、Cr粉按原子百分比Nb30_35at%、Cr65_70at%混合；在高能球磨機中球磨20_25h，每隔4h停機10-15min;球磨后的粉體放入石墨模具中，在放電等離子機上進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1000°C-1100°C，燒結(jié)過程以50-100°C/min的速度升溫至燒結(jié)溫度后保溫10-20min，同時施加20-30MPa的壓力，然后隨爐冷卻至室溫。
[0005]本發(fā)明所述高能球磨機為行星式球磨機或攪拌式球磨機。
[0006]本發(fā)明所述球磨介質(zhì)材質(zhì)為GCr45，球料比為1:20。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
(1)能夠制備出致密度大于98%、組織均勻、抗氧化性能良好、高綜合力學(xué)性能的NbCr2金屬間化合物。所制備的NbCr2在950°C高溫氧化爐中氧化50h，其高溫氧化動力學(xué)低至7.5XlO^5CKg.m—2ks—室溫硬度達12.2GPaHV，壓縮強度達2800MPa，高溫1100°C壓縮強度達到590MPa ；斷裂韌性達到9.IMPa.m1/2 ；
(2)本發(fā)明制備工藝簡單、易操作，制備時間短、所需的溫度及壓力低。
【具體實施方式】
[0008]實施例1:球磨20h粉體在1000°C放電等離子燒結(jié)
(1)采用的原料純度為99.9%的Nb粉及Cr粉，粒度都為-100目；
(2)將Nb粉、Cr粉按原子百分比Nb30-35at%、Cr65-70at°/dg，在高能球磨機中球磨20h，每隔4h停機1min;
(3 )球磨后的粉體放入石墨模具中，在放電等離子機上進行熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1000°C，燒結(jié)過程以70°C/min的速度升溫至燒結(jié)溫度后保溫lOmin，同時施加20MPa的壓力；
(4)等離子放電燒結(jié)完后隨爐冷卻至室溫。
[0009]所制備的NbCr2在高溫氧化爐中氧化50h，其高溫氧化動力學(xué)低至7X10—5(Kg.nf2ks^)；室溫硬度達11.9GPaHV，壓縮強度達2850MPa，高溫1100°C壓縮強度達到595MPa，斷裂韌性達到9.1MPa.m1/2o
[0010]實施例2:球磨25h粉體在1050°C放電等離子燒結(jié)
(1)采用的原料純度為99.9%的Nb粉及Cr粉，粒度都為-100目；
(2)將Nb粉、Cr粉按原子百分比Nb30-35at%、Cr65-70at°/dg，在高能球磨機中球磨25h，每隔4h停機1min;
(3 )球磨后的粉體放入石墨模具中，在放電等離子機上進行熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1050°C，燒結(jié)過程以60°C/min的速度升溫至燒結(jié)溫度后保溫lOmin，同時施加20MPa的壓力；
(4)等離子放電燒結(jié)完后隨爐冷卻至室溫。
[0011]所制備的NbCr2在高溫氧化爐中氧化50h，其高溫氧化動力學(xué)低至6.8X10—5(Kg.nf Is—1)；室溫硬度達:12GPaHV，壓縮強度達2800MPa，高溫1100 °C壓縮強度達到589MPa，斷裂韌性達到8.8MPa.m1/2o
[0012]實施例3:球磨25h粉體在11OO°C放電等離子燒結(jié)
(1)采用的原料純度為99.9%的Nb粉及Cr粉，粒度都為-100目；
(2)將Nb粉、Cr粉按原子百分比Nb30-35at%、Cr65-70at°/dg，在高能球磨機中球磨25h，每隔4h停機1min;
(3 )球磨后的粉體放入石墨模具中，在放電等離子機上進行熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為11OO°C，燒結(jié)過程以80°C/min的速度升溫至燒結(jié)溫度后保溫lOmin，同時施加30MPa的壓力；
(4)等離子放電燒結(jié)完后隨爐冷卻至室溫。
[0013]所制備的NbCr2在高溫氧化爐中氧化50h，其高溫氧化動力學(xué)低至6.5X10—5(Kg.nf\s—工)；室溫硬度達12.1GPaHV，壓縮強度達2850MPa，高溫1100°C壓縮強度達到600MPa，斷裂韌性達到9.2MPa.m1/2o
[0014]比較例l:LiuCT等人報道的采用熔鑄法制備的NbCr2金屬間化合物(見:Liu CT,Zhu JH?Brady MP, et al.Physical metallurgy and mechanical properties oftransit1n-metal Laves phase alloys.1ntermetallics，2000，(8):1119-1129.)的斷裂韌性只有1.2MPa.m1/2，遠遠低于本發(fā)明所制備的NbCr2金屬間化合物的斷裂韌性。
[0015]比較例2:肖璇等人報道的采用熱壓法制備的NbCr2金屬間化合物(見:肖璇，魯世強，胡平，等.熱壓時間對Laves相Cr2Nb合金組織與性能的影響.材料熱處理學(xué)報，2007，28
(6)，59-62.)的斷裂韌性只有5.07MPa.mV2、硬度最高只有11.5GPa，力學(xué)性能都低于本發(fā)明所制備的NbCr2金屬間化合物的性能。
[0016]比較例3:鄭海忠等人報道的采用熱壓法制備NbCr2金屬間化合物(見:鄭海忠，魯世強，王克魯，等.相組成對Cr-Nb合金高溫氧化行為的影響.中國有色金屬學(xué)報，2008，18
(12): 2172-2177.)在950°C時氧化50h，其氧化動力學(xué)為9 X 10-5(Kg.m—\s—”，本發(fā)明制備的NbCr2金屬間化合物氧化動力學(xué)只有6.5 X 10—5(Kg.m—\s—工)。說明本發(fā)明制備的NbCr2金屬間化合物氧化性能得到明顯的改善。
【主權(quán)項】
1.一種制備NbCr2金屬間化合物的方法，其特征在于:以高純Nb、Cr粉為原料，按原子百分比Nb30-35at%、Cr65_70at%混合；在高能球磨機中球磨20_25h，每隔4h停機10_15min;球磨后的粉體放入石墨模具中，在放電等離子機上進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為10000C-1lOO0C，燒結(jié)過程以50-100°C/min的速度升溫至燒結(jié)溫度后保溫10-20min，同時施加20-30MPa的壓力，然后隨爐冷卻至室溫。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備NbCr2金屬間化合物的方法，其特征在于，所述高能球磨機為行星式球磨機或攪拌式球磨機。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備NbCr2金屬間化合物的方法，其特征在于，所述球磨介質(zhì)材質(zhì)為6045，球料比為1:20。
【文檔編號】C22C1/04GK105821274SQ201610337288
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月21日
【發(fā)明人】聶小武
【申請人】聶小武