一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金及其制备方法

本发明涉及高温抗氧化材料制备领域，具体涉及一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金及其制备方法。

背景技术：

1、钨基合金熔点高达3000℃，具有良好的高温性能、再结晶后塑性好和焊接性能好等优点，被广泛应用于有色金属冶金、航天、航空及核能等领域，但在使用过程中钨基合金不具备抗氧化性能，在500℃以上会发生剧烈氧化，故而无法在极端环境下服役。改善钨基合金2000℃以上抗氧化性能可用的方法之一是表面改性，即在钨基合金表面制备厚度适中，满足使用要求的抗氧化表面涂层。常见的有陶瓷及金属抗氧化层，在钨基合金表面制备陶瓷抗氧化涂层是目前较为常见的方法，但由于陶瓷的热膨胀系数较钨基合金大，抗热震性能差，使用过程中界面易分离，会失去保护作用；选择热膨胀系数相匹配的金属抗氧化层，可以有望提升钨基合金在高温氧化环境的使用性能。目前，在钨基合金表面制备金属抗氧化层的报道较少，cn201510925325.5在制备的钨基合金中添加抗氧化元素来提高基材抗氧化性能，但仅仅是减小了氧化速率，并不能很好的解决基材氧化问题；cn202111059137.0在钨或钨合金表面制备了耐高温抗冲刷的表面涂层，涂层体系较为简单，但没有从钨基体优化角度出发协同提高整体钨合金性能，在高温环境下易因晶界合并长大、强度降低等原因导致钨合金失效。

技术实现思路

1、本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金及其制备方法。

2、本发明的技术解决方案如下：

3、一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金的制备方法，将钨粉、铼粉或钼粉或钽粉和增强相进行混合，混匀后得到钨基合金粉末，将钨基合金粉末依序经成型压制、烧结、旋锻、退火以及表面处理，然后将表面处理后的钨基合金依序进行沉积过渡涂层和沉积抗氧化涂层。

4、优选地，包括以下步骤：

5、s1：将钨粉、铼粉或钼粉或钽粉和增强相进行混合，得到混合粉末，其中混合后增强相占钨基合金粉末重量的1.0～4.0％；

6、s2：将混合粉末放入双锥混料机中进行混料，得到钨基合金粉末；

7、s3：将钨基合金粉末压制成坯条；

8、s4：将坯条在氢气保护氛围进行中频感应烧结，烧结温度2200～2400℃，得到钨基合金坯体；

9、s5：将钨基合金坯体、进行旋锻，旋锻加热温度1400～1500℃，得到钨基合金；

10、s6：将钨基合金清洗后进行去应力退火，退火温度900～1050℃，退火过程使用氩气或氢气作为保护气氛；

11、s7：对退火后的钨基合金进行表面刻蚀和表面稳定化处理；

12、s8：将表面处理后的钨基合金表面通过熔盐电沉积或化学气相沉积制备金属过渡涂层，过渡涂层为铼涂层；

13、s9：将制备金属过渡涂层的钨基合金表面通过电沉积制备抗氧化复合涂层，抗氧化涂层为铱复合涂层，包括铱-铪、铱-钍涂层。

14、优选地，步骤s1中，钨粉、铼粉或钼粉或钽粉纯度均不低于99.99％；

15、增强相为氧化钍、氧化镧、氧化铪、碳化钛、碳化铪、碳化锆和碳化铌中的至少一种。

16、优选地，步骤s2中，双锥混料机的变频转速10～50r/min，混料时间60～180min。

17、优选地，步骤s3中，使用冷等静压法进行压制，具体为：将混合后的钨基合金粉装入聚氨酯包套中进行冷等静压，压制压力120～180mpa，保压时间15～120s，成型坯条致密度大于60％；

18、和/或，步骤s4中，在还原气氛中烧结。

19、优选地，步骤s5中，旋锻时保温时间8～12min，道次变形量为8～15％。

20、优选地，步骤s7中，表面处理时，先采用刻蚀液进行表面刻蚀，再采用处理液进行表面稳定化处理；

21、其中，刻蚀液包括氢氧化钠、铁氰化钾、重铬酸钾、钨酸钠和水，刻蚀处理在超声环境下进行，刻蚀时间20～100s；

22、表面稳定化处理液包括氢氧化钠、无水乙醇、2-甲基-1-已稀、硫酸钠和水，直流稳压电源的电流密度范围为1.0～4.0a/cm2，稳定化处理时间不低于30s。

23、优选地，步骤s8中，熔盐电沉积用的熔盐包括氯化钠、氯化钾、氯化铯和六氯铼酸钾，电沉积过程在盐浴电解炉中进行，通入氩气进行保护，铼丝做阳极，电解抛光后的钨基合金做阴极，电流密度范围3～300ma/cm2，电沉积温度750～950℃，电沉积时间5～200min；

24、或通过化学气相沉积制备铼过渡层，化学气相沉积的蒸发源为五氯化铼，蒸发温度范围350～450℃，装载量为0.5～20g，输送气体为氩氢混合气体，沉积温度范围为1000～1250℃，沉积时间30～300min；制备完铼过渡涂层后将样品依次置于无水乙醇、异丙醇、去离子水中超声清洗，烘干后备用。

25、优选地，步骤s8中，电沉积用熔盐包括铱盐、铪盐、钍盐中的一种或两种以上的主盐以及导电盐；

26、所述铱盐包括氟化铱、氯化铱、溴化铱、碘化铱中的一种或两种以上，

27、所述铪盐包括氟化铪、氯化铪、溴化铪中的一种或两种以上，

28、所述钍盐包括氯化钍、氯化钍中的一种或两种以上，其中，铱的质量分数为5～10wt.％，铪的质量分数为0.05～0.2wt.％，钍的质量分数为0.05～0.2wt.％，导电盐包括氯化钠、氯化钾、氯化锂、氟化钠、氟化钾、氰化钠、氰化钾、氯化铯中的两种或两种以上，导电盐的质量分数为15～60wt.％；含铼过渡层的钨基合金作为阴极，铱丝或铪丝或钍丝作为阳极，电沉积时熔盐温度升至550～650℃，并保温；电流密度1.0～5.0a/dm2；电沉积时间0.1～10h；制备完成后将样件置于沸水中清洗表面残盐，用无水乙醇超声清洗，干燥备用。

29、本发明还公开了一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金，采用如上任一所述的制备方法制得

30、本发明的有益效果是：本发明通过甄选钨基合金中的杂质元素和添加增强相，可有效提高合金本身的高温强度等性能，为解决钨基钨基不能在氧化氛围中使用的限制，本发明采用了表面改性及抗氧化复合涂层制备技术。通过此方法，所制备的涂层与基体结合力良好能够应用于高承温、耐冲刷抗氧化等多种场景，如钨铼合金用于温度测量领域，钨钍合金用于高温冲刷结构件领域等，进一步扩大了钨基合金的应用领域。

技术特征：

1.一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金的制备方法，其特征在于，将钨粉、铼粉或钼粉或钽粉和增强相进行混合，混匀后得到钨基合金粉末，将钨基合金粉末依序经成型压制、烧结、旋锻、退火以及表面处理，然后将表面处理后的钨基合金依序进行沉积过渡涂层和沉积抗氧化涂层。

2.根据权利要求1所述的一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金的制备方法，其特征在于，步骤s1中，钨粉、铼粉或钼粉或钽粉纯度均不低于99.99％；

4.根据权利要求2所述的一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金的制备方法，其特征在于，步骤s2中，双锥混料机的变频转速10～50r/min，混料时间60～180min。

5.根据权利要求2所述的一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金的制备方法，其特征在于，步骤s3中，使用冷等静压法进行压制，具体为：将混合后的钨基合金粉装入聚氨酯包套中进行冷等静压，压制压力120～180mpa，保压时间15～120s，成型坯条致密度大于60％；

6.根据权利要求2所述的一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金的制备方法，其特征在于，步骤s5中，旋锻时保温时间8～12min，道次变形量为8～15％。

7.根据权利要求2所述的一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金的制备方法，其特征在于，步骤s7中，表面处理时，先采用刻蚀液进行表面刻蚀，再采用处理液进行表面稳定化处理；

8.根据权利要求2所述的一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金的制备方法，其特征在于，步骤s8中，熔盐电沉积用的熔盐包括氯化钠、氯化钾、氯化铯和六氯铼酸钾，电沉积过程在盐浴电解炉中进行，通入氩气进行保护，铼丝做阳极，电解抛光后的钨基合金做阴极，电流密度范围3～300ma/cm2，电沉积温度750～950℃，电沉积时间5～200min；

9.根据权利要求2所述的一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金的制备方法，其特征在于，步骤s8中，电沉积用熔盐包括铱盐、铪盐、钍盐中的一种或两种以上的主盐以及导电盐；

10.一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述的制备方法制得。

技术总结
本发明公开了一种高承温、耐冲刷抗氧化钨基合金及其制备方法，涉及高温抗氧化材料制备领域，具体包括钨基合金的制备、表面处理、过渡铼涂层制备和抗氧化铱复合涂层制备，钨基合金选用纯度>99.99％金属原料，添加氧化物或碳化物颗粒增强相，表面处理时先进行表面刻蚀再进行表面稳定化处理，过渡铼涂层选用熔盐电沉积或化学气相沉积方法制备，抗氧化铱复合涂层选用电沉积方法制备铱‑铪或铱‑钍复合涂层。本发明能够提高钨基合金的高温强度，并解决其不能在高温氧化氛围中使用的限制，拓展了其应用温度范围，所制备的涂层与基体结合力良好，能够应用于高承温、耐冲刷抗氧化等多种场景，进一步扩大了钨基合金的应用领域。

技术研发人员：谭敦强,钟建辉,侯肖
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29