專利名稱：一種Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
高性能飛行器的發(fā)展有賴于先進發(fā)動機與之匹配?，F(xiàn)代的航空航天發(fā)動機不僅推力大，而且推重比不斷提高。隨著發(fā)動機推力和效率的提高，發(fā)動機的渦輪進口溫度需不斷提高。在渦輪發(fā)動機部件中，渦輪葉片的工作條件最為苛刻，要在1000°c以上高溫和腐蝕環(huán)境中承受高的應(yīng)力，而且還要求使用壽命長，這就要求渦輪葉片材料具有高的抗蠕變性能， 良好的抗腐蝕性能，高的高溫持久強度、斷裂韌性和疲勞性能等。目前在燃氣渦輪發(fā)動機應(yīng)用的鎳基和鈷基高溫合金材料已經(jīng)達到了其最高使用溫度極限。未來的航空發(fā)動機要求其熱端關(guān)鍵部件在1100°C以上的高溫和復(fù)雜負荷條件下長期使用，因此傳統(tǒng)的鎳基和鈷基高溫合金已不能滿足下一代高性能的先進發(fā)動機的需求。Mo-Si-B復(fù)合材料由原位自生的金屬間化合物T2 (Mo5SiB2) ,Mo3Si和Moss (鉬固溶體)復(fù)合構(gòu)成。強化相T2 (Mo5SiB2)、Mo3Si提高了 Mo-Si-B復(fù)合材料高溫蠕變強度并且在金屬表面形成硼硅化合物抗氧化層。Moss和Mo5Si&、Mo3Si在較大的溫度范圍和較寬的成分范圍內(nèi)能穩(wěn)定共存，有較好的界面相容性和熱力學(xué)穩(wěn)定性。Mo-Si-B復(fù)合材料具有良好的抗氧化性、較高的室溫斷裂韌性和極高的高溫強度，被認為是最有開發(fā)應(yīng)用前景的下一代超高溫結(jié)構(gòu)材料之一受到了極大的關(guān)注。然而Mo-Si-B復(fù)合材料的鍛造和擠壓溫度高達 1760°C，阻礙了它的應(yīng)用。目前，真空電弧熔煉-鑄造法是制備Mo-Si-B復(fù)合材料常用的方法，利用這種方法，所得材料的鑄態(tài)組織由樹枝狀的初生Moss和Mo3Si組成。由于Mo3Si處于亞穩(wěn)平衡態(tài)，因此鑄態(tài)材料常要進行1500°C /IOOh的熱處理。而且，為了使初生Moss樹枝晶孤立細化并消除材料中的鑄造缺陷，熱處理的材料還要進行熱擠壓處理，這種方法存在能耗高、周期長等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在1400°C抗拉強度為400MPa 460MPa，拉伸延伸率最高可達400%的Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料， 其特征在于，由以下原子百分比的原料制成硅5% 25%，鎢 10%，硼5% 30%， 余量為鉬；所述硅的質(zhì)量純度不小于98%，鎢的質(zhì)量純度不小于99%，硼的質(zhì)量純度不小于99 %，鉬的質(zhì)量純度不小于99 %。上述的一種Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料，由以下原子百分比的原料制成硅7% 15%，鎢2% 6%，硼6% 15%，余量為鉬。上述的一種Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料，由以下原子百分比的原料制成硅9%，鎢 3%，硼8%，余量為鉬。
上述的一種Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料，所述硅為粒徑不大于8 μ m的硅粉，鎢為粒徑不大于9 μ m的鎢粉，硼為粒徑不大于7 μ m的硼粉，鉬為粒徑不大于6 μ m的鉬粉。本發(fā)明還提供了一種Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、按原子百分比稱取原料，然后將稱取的原料置于球磨機中，采用濕法球磨將原料混合均勻，得到漿料；步驟二、將步驟一中所述漿料在真空條件下烘干，然后將烘干后的漿料研碎得到混合粉料；步驟三、將步驟二中所述混合粉料在真空度不大于lX10_2Pa，溫度為1500°C 1600°C，壓力為30MPa 60MPa的條件下保溫燒結(jié)0. 5h 2h，隨爐冷卻得到Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料。上述步驟一中所述濕法球磨混合過程中以無水乙醇為分散劑，無水乙醇的用量為原料總體積的1 2倍。上述步驟一中所述球磨機為行星式球磨機，球磨機的轉(zhuǎn)速為200rpm 300rpm，球料比為5 8 1，球磨時間為20h Mh。上述步驟二中所述烘干的溫度為80°C 90°C。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明采用機械合金和熱壓燒結(jié)制備Mo-Si-B復(fù)合材料，這種方法具有能耗低、周期短等優(yōu)點，該方法將鎢粉引入到Mo-Si-B復(fù)合材料體系中，從而提高材料的高溫強度，提高材料使用的可靠性。2、采用本發(fā)明的方法制備的Mo-Si-B-W復(fù)合材料具有均勻，細小的微觀組織，很高的高溫強度和良好的超塑性，在1400°C抗拉強度為400MPa 460MPa，拉伸延伸率最高可達400%，為Mo-Si-B復(fù)合材料的近凈成形開拓了新的途徑。下面通過實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
具體實施例方式實施例1本實施例的Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料，由以下原子百分比的原料制成硅11%，鎢 9%，硼16%，余量為鉬；所述硅的質(zhì)量純度不小于98%，鎢的質(zhì)量純度不小于99%，硼的質(zhì)量純度不小于99 %，鉬的質(zhì)量純度不小于99% ；所述硅為粒徑不大于8 μ m的硅粉，鎢為粒徑不大于9 μ m的鎢粉，硼為粒徑不大于7 μ m的硼粉，鉬為粒徑不大于6 μ m的鉬粉。本實施例的復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟步驟一、按原子百分比稱取原料，然后將稱取的原料置于行星式球磨機中，以無水乙醇為分散劑，在球磨機的轉(zhuǎn)速為200rpm，球料比為8 1的條件下球磨混合Mh，得到漿料；所述無水乙醇的用量為原料總體積的1倍；步驟二、將步驟一中所述漿料在溫度為80°C的真空條件下烘干，然后置于瑪瑙研缽中反復(fù)研碎，得到混合粉料；步驟三、將步驟二中所述混合粉料在真空度為lX10_2Pa，溫度為1500°C，壓力為 30MPa的條件下保溫燒結(jié)lh，隨爐冷卻得到Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料。
本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料在1400°C的抗拉強度為460MPa，拉伸延伸率為110%。實施例2本實施例與實施例1相同，其中不同之處在于=Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料由以下原子百分比的原料制成硅5%，鎢10%，硼30%，余量為鉬。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料在1400°C的抗拉強度為430MPa，拉伸延伸率為180%。實施例3本實施例與實施例1相同，其中不同之處在于=Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料由以下原子百分比的原料制成硅15%，鎢6%，硼10%，余量為鉬。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料在1400°C的抗拉強度為435MPa，拉伸延伸率為165%。實施例4本實施例的Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料，由以下原子百分比的原料制成硅7%，鎢 2%，硼15%，余量為鉬；所述硅的質(zhì)量純度不小于98%，鎢的質(zhì)量純度不小于99%，硼的質(zhì)量純度不小于99%，鉬的質(zhì)量純度不小于99% ；所述硅為粒徑不大于8μ m的硅粉，鎢為粒徑不大于9 μ m的鎢粉，硼為粒徑不大于7 μ m的硼粉，鉬為粒徑不大于6 μ m的鉬粉。本實施例的復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟步驟一、按體積百分比稱取原料，然后將稱取的原料置于行星式球磨機中，以無水乙醇為分散劑，在球磨機的轉(zhuǎn)速為300rpm，球料比為5 1的條件下球磨混合20h，得到漿料；所述無水乙醇的用量為原料總體積的2倍；步驟二、將步驟一中所述漿料在溫度為90°C的真空條件下烘干，然后置于瑪瑙研缽中反復(fù)研碎，得到混合粉料；步驟三、將步驟二中所述混合粉料在真空度為lX10_3Pa，溫度為1600°C，壓力為 60MPa的條件下保溫燒結(jié)0. 5h，隨爐冷卻得到Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料在1400°C的抗拉強度為455MPa，拉伸延伸率為105%。實施例5本實施例與實施例4相同，其中不同之處在于=Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料由以下原子百分比的原料制成硅25%，鎢1%，硼5%，余量為鉬。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料在1400°C的抗拉強度為400MPa，拉伸延伸率為120%。實施例6本實施例與實施例4相同，其中不同之處在于=Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料由以下原子百分比的原料制成硅15%，鎢6%，硼6%，余量為鉬。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料在1400°C的抗拉強度為420MPa，拉伸延伸率為189%。實施例7本實施例的Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料，由以下原子百分比的原料制成硅9%，鎢
53 %，硼8 %，余量為鉬；所述硅的質(zhì)量純度不小于98 %，鎢的質(zhì)量純度不小于99 %，硼的質(zhì)量純度不小于99%，鉬的質(zhì)量純度不小于99% ；所述硅為粒徑不大于8μ m的硅粉，鎢為粒徑不大于9 μ m的鎢粉，硼為粒徑不大于7 μ m的硼粉，鉬為粒徑不大于6 μ m的鉬粉。本實施例的復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟步驟一、按體積百分比稱取原料，然后將稱取的原料置于行星式球磨機中，以無水乙醇為分散劑，在球磨機的轉(zhuǎn)速為250rpm，球料比為6 1的條件下球磨混合22h，得到漿料；所述無水乙醇的用量為原料總體積的1. 5倍；步驟二、將步驟一中所述漿料在溫度為85°C的真空條件下烘干，然后置于瑪瑙研缽中反復(fù)研碎，得到混合粉料；步驟三、將步驟二中所述混合粉料在真空度為lX10_2Pa，溫度為1550°C，壓力為 45MPa的條件下保溫燒結(jié)2h，隨爐冷卻得到Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料在1400°C的抗拉強度為460MPa，拉伸延伸率為400%。實施例8本實施例與實施例7相同，其中不同之處在于=Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料由以下原子百分比的原料制成硅10%，鎢5%，硼10%，余量為鉬。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料在1400°C的抗拉強度為440MPa，拉伸延伸率為280% ο實施例9本實施例與實施例7相同，其中不同之處在于=Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料由以下原子百分比的原料制成硅8%，鎢4%，硼6%，余量為鉬。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料在1400°C的抗拉強度為437MPa，拉伸延伸率為320% ο以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成硅 5% 25%，鎢 10%，硼5% 30%，余量為鉬；所述硅的質(zhì)量純度不小于98%，鎢的質(zhì)量純度不小于99%，硼的質(zhì)量純度不小于99%，鉬的質(zhì)量純度不小于99%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成硅7% 15%，鎢2% 6%，硼6% 15%，余量為鉬。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成硅9%，鎢3%，硼8%，余量為鉬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料，其特征在于，所述硅為粒徑不大于8 μ m的硅粉，鎢為粒徑不大于9 μ m的鎢粉，硼為粒徑不大于7 μ m的硼粉，鉬為粒徑不大于6μπι的鉬粉。
5.一種制備如權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料的方法， 其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、按原子百分比稱取原料，然后將稱取的原料置于球磨機中，采用濕法球磨將原料混合均勻，得到漿料；步驟二、將步驟一中所述漿料在真空條件下烘干，然后將烘干后的漿料研碎得到混合粉料；步驟三、將步驟二中所述混合粉料在真空度不大于lX10_2Pa，溫度為1500°C 1600°C，壓力為30MPa 60MPa的條件下保溫燒結(jié)0. 5h 2h，隨爐冷卻得到Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟一中所述濕法球磨混合過程中以無水乙醇為分散劑，無水乙醇的用量為原料總體積的1 2倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟一中所述球磨機為行星式球磨機，球磨機的轉(zhuǎn)速為200rpm 300rpm，球料比為5 8 1，球磨時間為20h Mh。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟二中所述烘干的溫度為80°C 90°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料，由以下原子百分比的原料制成硅5％～25％，鎢1％～10％，硼5％～30％，余量為鉬；所述硅的質(zhì)量純度不小于98％，鎢的質(zhì)量純度不小于99％，硼的質(zhì)量純度不小于99％，鉬的質(zhì)量純度不小于99％。本發(fā)明還公開了Mo-Si-B-W多相復(fù)合材料的制備方法。該方法采用機械合金和熱壓燒結(jié)制備Mo-Si-B復(fù)合材料，具有能耗低、周期短等優(yōu)點，將鎢粉引入到Mo-Si-B復(fù)合材料體系，從而提高材料的高溫強度，提高材料使用的可靠性。采用本發(fā)明的方法制備的復(fù)合材料具有均勻，細小的微觀組織，在1400℃抗拉強度為400MPa～460MPa，拉伸延伸率最高可達400％。
文檔編號C22C27/04GK102424928SQ201110396359
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月3日
發(fā)明者劉輝, 喻吉良, 張建軍, 李中奎, 王東輝, 王暉, 鄭欣 申請人:西北有色金屬研究院