[发明专利]一种低密度铌合金高温抗氧化材料及由其制备高温抗氧化涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低密度铌合金高温抗氧化材料及由其制备高温抗氧化涂层的方法。

背景技术

低密度铌合金：是一种铌-钛-铝-铬系合金，具有较好的高温强度、加工塑性以及中温抗氧化性能。该低密度铌合金是继C-103和Nb521之后，2006年开始国家军工科研项目中研制的新型航空航天用铌合金材料，目前国内使用的C-103密度为8.86g/cm³，Nb521密度为8.9g/cm³，而铌-钛-铝-铬系合金密度为5.759g/cm³左右，是一种典型的低密度铌基合金。因该合金目前尚无牌号，故称低密度铌合金。

低密度铌合金是一种铌-钛-铝-铬系合金，具有很好的高温强度、加工塑性和低温抗氧化性能，使用温度范围为1100～1300℃。该合金国内2006年立项研制，目前已取得一定成果，铌-钛-铝-铬系合金主要用于轨控发动机的大面积比喷管延伸段，工作温度1100℃左右，密度小、成本低，与其它铌基合金以及钛系列合金具有很好的焊接性，且破坏时有预警过程的优点。

低密度铌基合金是很好的超高温结构材料，但在大气中800℃以上会发生剧烈氧化，在l100℃下氧化非常迅速，这严重制约了该合金的应用；各国对铌基合金的抗氧化方法进行了大量的研究，结果表明提高铌合金的高温抗氧化性的主要途径有合金化保护和表面涂层保护。合金化通常是以损失强度和加工性能为代价的，而加涂层对合金的力学性能影响很小，并能显著提高抗氧化性，实验证明是切实可行的途径。

在实际使用中，为解决高温下低密度铌合金迅速氧化问题，需要研制一种与之相配套的高温抗氧化涂层，为低密度铌合金的真正使用奠定基础。低密度铌合金含有大量轻金属元素，这与其它铌合金的成分有很大差别，传统的抗氧化涂层无论是热膨胀性能还是与基材的结合性能均无法满足使用要求，因此必须进行与低密度铌合金表面配套的抗氧化涂层研制。

低密度铌合金材料在航空发动机、火箭冲压发动机及其它受热零部件上，也有很大的推广应用价值。从材料高温性能上看，低密度铌合金是介于其它高温铌合金和TiAl系合金之间的材料，这一材料的研究开发对于填补国内该材料领域的空白具有重要意义。因此，为保证该低密度铌合金材料的成功使用，研制与之相配套的高温抗氧化涂层是至关重要的。

低密度铌合金是一种很好的功能结构材料，在1000℃抗拉强度为60-80Mpa，并在800℃以下大气中自带抗氧化功能。800℃以上与其它钽、铌、钼、钨高温难熔金属一样易于氧化，而该合金设计的最终使用温度在900-1300℃，因而为了快速实现合金在航天领域的应用，必须对合金表面进行氧化防护处理，其中表面制备高温抗氧化涂层是低密度铌合金高温抗氧化保护的主要途径。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种低密度铌合金高温抗氧化材料，该材料能够用于制备具有良好的高温抗氧化性的涂层；

本发明的目的之二是提供一种用上述材料制备高温抗氧化涂层的方法，经过涂层后的低密度铌合金不仅具有很强的高温抗氧化性同时仍然保持了其原有的优异力学性能。

一种低密度铌合金高温抗氧化材料，其特别之处在于，按重量计组分为：Si为10～15Wt％，Ti为2～3Wt％，Mo为1～2Wt％，HfO₂为0.8～1.2Wt％，W为0.7～0.9Wt％，余量为Al。

一种低密度铌合金高温抗氧化材料，其特别之处在于，按重量计组分为：Si为10～15Wt％，Ti为2～3Wt％，Mo为1～2Wt％，HfO₂为0.8～1.2Wt％，W为0.7～0.9Wt％；以及下列组分中的至少一种：B为0.5～2.5Wt％，Ge为1.5～2.5Wt％，S为0.25～0.45Wt％，Fe为1.2～4.0％，Nb为1.2～2.5Wt％；余量为Al。

进一步的，按重量计组分为：Si为13Wt％，Ti为2.5Wt％，Mo为1.5Wt％，HfO₂为1Wt％，W为0.8Wt％；以及下列组分中的至少一种：B为1.5Wt％，Ge为2Wt％，S为0.30Wt％，Fe为3％，Nb为2Wt％；余量为Al。