碳化鈦-碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高熔點、高強度有色金屬材料領(lǐng)域，特別是碳化鈦?碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金材料的制備方法。由高強度鎢基合金基體材料粉末和碳化鈦?碳化硅晶須粉末組成，采用機械混合法使鎂合金基體粉末與氧化鈦?碳化鈦晶須粉末均勻混合，真空燒結(jié)熱壓錠通過擠壓變形獲得原位生成碳化鈦?碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金材料。本發(fā)明因原位生成碳化鈦?碳化硅晶須增韌鎢合金的具有強韌性，同時耐磨性、強度顯著提高，尤其適合于刀具、模具和航空航天等材料的應用。
【專利說明】
碳化鈦-碳化硅晶須増韌高強度鎢基合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于高熔點、高強度有色金屬材料領(lǐng)域，特別是一種碳化鈦-碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金材料。
【背景技術(shù)】
[0002]鎢基合金是以鎢(鎢的質(zhì)量分數(shù)通常為80%_97%)為基體，添加少量的其它等合金元素用粉末冶金液相法燒結(jié)而成，具有高熔點、高密度、高熱導、低熱膨脹系數(shù)、優(yōu)良的高溫強度和抗腐蝕性、良好的機械加工等綜合性能。在航空航天、先進核能、軍事裝備、醫(yī)學材料、電子等許多領(lǐng)域得到廣泛應用。隨著軍用工業(yè)的發(fā)展，對鎢基合金的性能也提出了更好的要求，傳統(tǒng)上采用鍛造和粉末冶金的方法并與熱處理工藝相配合對提高鎢基合金的性能有一定提高，但是隨著科學技術(shù)的不斷進步，采用粒子增強的方法來提高鎢基合金的性能，目前取得了很大的進步。專利CN102703789提出了一種鎢基合金材料及其制備方法，通過在燒結(jié)的鎢基合金材料中添加碳納米管來提高鎢基合金材料的致密度和強度。但是由于燒結(jié)過程存在界面污染和晶粒長大問題，如何提高鎢基合金的韌性十分必要。
[0003]基于上述目的，采用在鎢基合金基體中原位生成碳化鈦-碳化硅晶須來增韌鎢基合金材料的方法。本發(fā)明的高強度鎢基合金基體材料的化學成分及重量百分比為:Ta:0.1?0.3%，Nb:0.1?0.6%，Μο:0.2?0.8%，V:0.I?0.5%，其余為鎢金屬:97.6?99.5%。然后在基體鎢基合金材料粉末中添加碳化鈦-碳化硅晶須粉末，最終通過原位法制備高密度、耐腐蝕的高強韌鎢基合金材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明專利的目的是:在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種加工工藝穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低廉、無污染排放、可在常規(guī)條件下組織生產(chǎn)的碳化鈦-碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金材料，較傳統(tǒng)的鎢基合金材料具有更好的強度，較常規(guī)高強度鎢基合金材料的韌性大幅提升。
[0005]本發(fā)明提供了一種原位生成碳化鈦-碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金材料，其特征在于:該材料沿擠壓流線形成定向排列的碳化鈦-碳化硅晶須和高強度鎢基合金基體材料組成，晶須直徑為300-800nm，原位增強相的體積總量在0.05-0.10。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案:原位生成碳化鈦-碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金材料粉末由高強度鎢基合金基體材料粉末和碳化鈦-碳化硅晶須粉末組成，然后采用機械混合法使高強度鎢基合金基體粉末與碳化鈦-碳化硅晶須粉末均勻混合，混合粉末冷壓實后在10—6托真空條件下逐步加熱除氣，然后在1450-1500 °C，50-200Mpa條件下真空燒結(jié)1-10小時，熱壓錠1250-1300°C通過模具通道拐角為120°的等通道彎角擠壓(ECAP)變形。測試表明所獲得的原位生成碳化鈦-碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金材料具有高強韌性。
[0007]方案所需材料按如下具體步驟制備:
(I)碳化鈦-碳化硅晶須的制備: 原位生成碳化鈦-碳化硅晶須粉末的制備工藝為:碳化鈦-碳化硅晶須前驅(qū)體材料化學成分為:聚四氯乙烯，T12, Si，C，Mn，NaC，其重量配比為:(45.4?48.2):(45.4?48.2):(45.6?50.8):(45.6?50.8): (0.1?0.9):(1.0?8.1)。將按比例配制的能夠生成碳化鈦-碳化硅晶須的先驅(qū)體復合粉末加無水乙醇于球磨機中進行機械化球磨24小時，獲得具有200-800nm晶粒尺寸超細先驅(qū)體復合粉末，將粉末裝入石墨容器中，在氬氣氣氛保護和1450°C-1600°C的溫度條件下，保溫120min-240min合成。
[0008]Ti02+3C=(加熱)TiC+2C0tSi+C=(加熱)SiC
(2 )高強度鎢基合金基體材料粉末制備:
高強度鎢基合金基體材料的化學成分及重量百分比為:Ta: 0.1?0.3%，Nb:0.1?
0.6%，Μο:0.2?0.8%，ν:0.1?0.5%，其余為鎢金屬:97.8?99.5%。
[0009]將按比例配制的高強度鎢基合金粉末加無水乙醇于球磨機中進行機械化球磨24小時，獲得具有50-150μπι晶粒尺寸超細粉末。
[0010]本發(fā)明為獲得最佳的綜合力學性能和學腐蝕性能，嚴格控制雜質(zhì)的含量:W的純凈度大于等于99.99% ;鉭的純凈度大于等于99.999% ;夾雜元素總量不大于0.2%。
[0011 ] (3)碳化鈦-碳化硅晶須與高強度鎢基合金基體材料混合粉末:
碳化鈦-碳化硅晶須粉末在高強度鎢基合金材料中的重量含量為5-10%，將碳化鈦-碳化硅晶須與高強度鎢基合金基體材料按重量百分比為(5-10):(95-90)的比例配制為碳化鈦-碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金材料粉末。
[0012]本發(fā)明中基體合金化元素的作用分別如下:
Ta的加入可以保障高強度鎢基合金具有良好的抗腐蝕能力。
[0013]Nb的加入可以保障高強度鎢基合金具有高溫穩(wěn)定性，保持組織的穩(wěn)定性。
[0014]Mo的加入可以保障高強度鎢基合金能形成高硬度的碳化物，保證合金的強度。
[0015]V的加入可以細化合金的組織和晶粒，提高合金的強度和硬度。
[0016]該原位生成碳化鈦-碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金材料無需專用設(shè)備，在常規(guī)合金廠即可組織生產(chǎn)，本發(fā)明投資少，見效快，能快速收回投資成本。
[0017]與現(xiàn)有鑄造高強度鎢基合金技術(shù)相比，原位生成碳化鈦-碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金的制備方法具有如下優(yōu)點:
(I)具有強韌性、耐磨性、強度顯著提高，間隔2小時擠壓試樣的力學性能差小于6%，這將有利于大批量、小尺寸□腔材料的穩(wěn)定生產(chǎn)。增強顆粒尺寸細小，分布均勾，組織穩(wěn)定性高，與在高強度鎢基合金基體結(jié)合良好。材料的室溫韌性、硬度和耐磨性能顯著提高，尤其適合于刀具、模具和航空航天等材料的應用。
[0018](2 )合金組織穩(wěn)定性好，不會分解有毒氣體或有毒溶解物，本發(fā)明因增強顆粒是與高強度鎢基合金顆粒在真空中原位反應生成，生產(chǎn)的工藝穩(wěn)定性高。
【具體實施方式】
[0019]下面給出本發(fā)明的最佳實施例:按高強度鎢基合金基體材料的化學成分及重量百分比為:了3:0.1?0.3%，恥:0.1?0.6%，]?0:0.2?0.8%，￥:0.1?0.5%，其余為鎢金屬:97.8?99.5%。將按比例配制的高強度鎢基合金粉末加無水乙醇于球磨機中進行機械化球磨24小時，獲得具有50-150μπι晶粒尺寸超細粉末。碳化鈦-碳化硅晶須前驅(qū)體材料化學成分為:聚四氯乙烯，T12,Si，C，Mn，NaCl，其重量配比為:47.2:46::46:0.7:6.7。將按比例配制的能夠生成碳化鈦-碳化硅晶須的先驅(qū)體復合粉末加無水乙醇于球磨機中進行機械化球磨24小時，獲得具有200-800nm晶粒尺寸超細先驅(qū)體復合粉末。將碳化欽-碳化娃晶須與尚強度鎢基合金基體材料按重量百分比為8:92的比例配制為碳化鈦-碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金材料粉末。然后采用機械混合法使高強度鎢基合金基體粉末與碳化鈦-碳化硅晶須粉末均勻混合，混合粉末冷壓實后在10—6托真空條件下逐步加熱除氣，然后在1475°C，150Mpa條件下真空燒結(jié)2小時，熱壓錠在1300°C通過模具通道拐角為120°的等通道彎角擠壓(ECAP)變形。然后進行T6處理，并進行性能測試。測試表明所獲得的原位生成碳化鈦-碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金材料具有高強韌性。該工藝下可獲得中等塑性高強度鎢基合金(抗拉強度為162IMPa，屈服強度為1570MPa，延伸率為6.8% )。
【主權(quán)項】
1.碳化鈦-碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金材料的制備方法，其特征是由高強度鎢基合金基體材料粉末和碳化鈦-碳化硅晶須粉末組成，然后采用機械混合法使高強度鎢基合金基體粉末與碳化鈦-碳化硅晶須粉末均勻混合，真空燒結(jié)熱壓錠通過擠壓變形獲得原位生成碳化鈦-碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金材料； (a)高強度鎢基合金基體材料的化學成分及重量百分比為:Ta:0.1?0.3%，Nb:0.1?.0.6%，Μο:0.2?0.8%，ν:0.1?0.5%，其余為鎢金屬:97.8?99.5% ； (b)碳化鈦-碳化娃晶須前驅(qū)體材料化學成分為:聚四氯乙稀，Ti02，Si，C，Mn，NaC，其重量配比為:(45.4?48.2):(45.4?48.2):(45.6?50.8):(45.6?50.8):(0.1 ?0.9):(1.0?8.1); (c)碳化鈦-碳化硅晶須粉末在高強度鎢基合金材料中的重量含量為5-10%，將碳化鈦-碳化硅晶須與高強度鎢基合金基體材料按重量百分比為(5-10): (95-90)的比例配制為碳化鈦-碳化硅晶須增韌高強度鎢基合金材料粉末。
【文檔編號】C22C49/10GK106011699SQ201610473745
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】徐淑波, 景財年, 林曉娟
【申請人】山東建筑大學