专利名称：一种高性能粉末冶金Mo-Ti-Zr钼合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及粉末冶金领域，特别是采用粉末冶金方法制备 高性能TZM (Mo-Ti-Zr)钼合金的方法。
背景技术：
TZM合金是钼基合金中较为常用的一种，因其具有熔点 高、强度大、导电导热性能好、抗蚀性能强及高温力学性能良好等优 点，被大量用于加工高温结构材料，在航空、航天及原子核能工业等 高温领域获得了十分广泛的应用。目前，合金元素Ti、 Zr及C添加 到Mo中制备TZM合金可采用电弧熔炼法及粉末冶金法，其中以电 弧熔炼较为普遍。然而，这种方法工艺十分复杂，尤其是熔炼过程， 由于各种元素熔点差异较大，合金中元素偏聚现象严重，最小化合金 元素偏聚的方法是重复将合金铸块磨成粉多次重复熔炼，这样，便使 得工序更为复杂化。同时，电弧熔炼方法所制合金的显微组织粗大， 成品率较低，加工量大，导致其生产成本非常高。粉末冶金方法工序 相对简单，可以节省真空电弧炉、大型挤压机和锻锤以及相应的高温 加热炉等大型设备，使工序简化，生产周期縮短，消耗降低，生产能 力及成品率得以提高，制备出的零部件形状复杂，成品接近最终形状， 加工量少或无加工、材料利用率高，同时所得合金显微组织均匀，晶 粒较细小，产品质量较高，具有较低的经济成本和非常大的技术优势。 目前，国内外己有一些研究学者研究了 TZM合金的粉末冶金制备技 术，所制备的TZM合金强度范围在490 540MPa之间，其强度尚有待 提高，同时普通粉末冶金方法制备的TZM合金存在的韧性较低的缺陷 仍是制约此种合金在应用上的瓶颈。
发明内容
本发明克服了电弧熔炼及普通粉末冶金工艺的不足，采用 高能球磨+模压成型+预烧结+高温烧结+烧结后序处理技术制备高性 能TZM钼合金。将金属Mo粉，与Ti或TiKb和Zr或ZrH2粉末及有 机粘结剂在高能球磨机中进行机械球磨，制备出混合均匀的合金粉 末；采用压制成型制备合金压坯，压坯在分别在保护气氛下进行低温 预烧和高温烧结，最后烧结坯在保护气氛下进行烧结后序处理，所制3备出的TZM钼合金力学性能较电弧熔炼法和普通粉末冶金法制造 的合金优异，拉伸强度最高能达570 600Mpa，延伸率达19~25%。为达到上述目的，本发明所采用的方案是一种粉末冶金高性能Mo-Ti-Zr (TZM)钼合金的制备方法，其 特征在于(1) 合金元素及其成分为Ti (0.4 1.0wt%)、 Zr (0.06 0.12wt%) 及C (0.01 0.04wt%)，余量为Mo;(2) 合金粉末加入0.5 1.5wte/。有机粘结剂，采用高能球磨制备 预合金粉末，有机粘结剂为石蜡、聚乙二醇、硬脂酸或PVB中的一 种或多种有机粘结剂；(3) 将所制备预合金粉末在压机上压制成型；(4) 将所制备的压坯在保护气氛下进行预烧结、脱氢和脱氧， 其工艺为从室温升到250 600。C保温30 150min，再升到700 1200 。C保温30 180min。采用的保护气氛可为真空，N2， Ar ， H2中的一 种或两种；(5) 将预烧坯在保护气氛下进行高温烧结，脱氧及控碳，其工 艺为从室温升到1200 1700'C保温30 150min，最后升到1800-2050 'C保温60 210min。采用的保护气氛可为真空，N2， Ar ， 112中的一 种或两种；(6) 将制备的烧结坯在保护气氛下进行进一步处理，在 1100 150(TC保温30 180min，保护气氛为真空，N2， Ar ， H2中的一 种或两种；(7) 将热处理后的合金样品进行性能检测，其拉伸强度最高能 达580~600Mpa，延伸率达19 25%，合金力学性能较普通粉末冶金 法制造的合金优异。本发明的优点和积极效果，体现在1. 采用粉末冶金方法，相对于电弧熔炼方法，其工序简单，同时所得 合金性能较高。2. 采用混合粉末高能球磨制备预合金粉末，预合金粉末经成型后采用预烧结、脱氢脱氧+高温烧结、高温脱氧控碳+烧结后序处理技术制备TZM合金，相对于普通粉末冶金工艺所制合金，其抗拉强度大大提 高，同时克服了粉末冶金TZM合金延伸率普遍低下的问题，延伸率 达19~25%。3.采用高能球磨制备合金粉末，混合粉末发生机械预合金化，提高了 合金元素在Mo中的固溶量。
具体实施例方式
实例1:(1)以制备300g合金粉末为例，按质量百分比，称取合金粉末 各组分的质量组分MoTiH2Zr硬脂酸质量(g)298.281.50.243硬脂酸在酒精中加热溶解与粉末一起放入球磨筒，往球磨筒内充入N2气，设定球磨时间为5h，制备预合金粉末。取出粉末，干燥， 然后用袋封装备用。(2) 将所制预合金粉末压制成型。(3) 将制备的压坯在真空气氛下预烧结，其工艺为从室温升到380。C保温45min，再升到UOO。C保温150min;(4) 将得到的预烧坯进行通氢高温烧结，其工艺为从室温升到 1450。C保温100min，最后升到1950。C保温200min;(5) 将得到的烧结坯在120(TCAr气气氛下保温30min，然后随 炉冷却；(6) 将处理后的合金样品进行性能检测，其拉伸强度能达 575Mpa以上，延伸率达20%以上。实例2:(1)以制备300g合金粉末为例，按质量百分比，称取合金粉末 各组分的质量组分MoTiZrH2硬脂酸质量(g)297.991.650.362.4硬脂酸在酒精中加热溶解与粉末一起放入球磨筒，往球磨筒内充入N2气，设定球磨时间为15h，制备预合金粉末。取出粉末，干燥，5然后用袋封装备用。(2) 将制备的预合金粉末压制成型。(3) 将成形的压坯进行氢气预烧结，其工艺为从室温升到450 。C保温30min，再升到1050。C保温120min(4) 将预烧坯在分解氨气氛中高温烧结，其工艺为从室温升到 1400。C保温100min，最后升到1920。C保温200min。(5) 将烧结坯在135(TC真空气氛下保温60min。(6) 将(5)中处理后的合金样品性能检测，其拉伸强度能达 590Mpa以上，延伸率达23%以上。
权利要求
1.一种粉末冶金高性能Mo-Ti-Zr钼合金的制备方法，其特征在于(1)将成分为0.4～1.0wt％的Ti、0.06～0.12wt％的Zr及0.01～0.04wt％的C，余量为Mo的合金粉末，和0.5～1.5wt％的石蜡、聚乙二醇、硬脂酸或PVB中的一种或多种有机粘结剂，采用机械球磨制备预合金粉末，球磨过程中的保护气氛是真空、Ar气或N2气；(2)将所制备预合金粉末压制成型；(3)将所制备的压坯在保护气氛下进行预烧结、脱氢和脱氧，其工艺为从室温升到250～600℃保温30～150min，再升到700～1200℃保温30～180min，采用的保护气氛为真空，N2，Ar或H2中的一种或两种；(4)将制备的预烧坯在保护气氛下进行高温烧结，脱氧及控碳，其工艺为从室温升到1200～1700℃保温30～150min，最后升到1800～2050℃保温60～210min，采用的保护气氛为真空，N2，Ar或H2中的一种或两种；(5)将制备的烧结坯在保护气氛下进行进一步处理，在1100～1500℃保温30～180min，得到拉伸强度最高达570～600Mpa，延伸率达19～25％的钼合金。
2 .根据权利要求1所述的Mo-Ti-Zr钼合金的制备方法，其特征 在于合金元素Ti为纯金属粉末或其氢化物粉末TiH2，合金元素Zr 为纯金属粉末或其氢化物粉末ZrH2。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金Mo-Ti-Zr钼合金的制备方法， 其特征在于步骤(1)所述的所述高能球磨采用干磨或添加球磨介 质的湿磨，湿磨法所采用的球磨介质是无水乙醇、溶剂汽油及丙酮液 体保护气氛可以是真空、Ar气或N2气，球磨时间为3h 20h。
4.根据权利要求1所述的粉末冶金Mo-Ti-Zr钼合金的制备方法， 其特征在于步骤(5)中所述的保护气氛为真空，N2， Ar ， H2中 的一种或两种。
全文摘要
一种用粉末冶金制备高性能Mo-Ti-Zr(TZM)合金的方法，本发明将金属Mo粉与Ti(TiH<sub>2</sub>)及Zr(ZrH<sub>2</sub>)粉末及有机粘结剂在高能球磨机中进行机械球磨，制备出混合均匀的预合金粉末；混合粉末进行压制成型；将压坯在保护气氛中预烧结、脱氢及脱氧，在高温保护气氛中脱氧、控碳及高温烧结，最后将烧结坯进行烧结后序处理，所制备出的TZM钼合金力学性能较普通粉末冶金法制造的合金优异，拉伸强度最高能达570～600MPa，延伸率达19～25％。
文档编号C22C27/00GK101250635SQ20081003104
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月11日 优先权日2008年4月11日
发明者涛 刘, 卢明园, 成会朝, 田家敏, 范景莲 申请人:中南大学