[发明专利]一种TiC弥散强化钼合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种TiC 弥散强化钼合金及其制备方法。

背景技术

以钼为基体加入其他元素而构成的有色合金，主要合金元素有钛、锆、铪、钨及稀土元素。钼合金有良好的导热、导电性和低的膨胀系数，在高温下（1100～1650℃）有高的强度，比钨容易加工。可用作电子管的栅极和阳极，电光源的支撑材料，以及用于制作压铸和挤压模具，航天器的零部件等。另外，钼在常温下稳定，高于600℃时会迅速氧化，与碳、碳氢化合物或一氧化碳在高于800℃时反应生成碳化钼，碳化钼具有较高熔点和硬度、良好热稳定性和机械稳定性和极好抗腐蚀性等特点。工业生产的钼合金有钼钛锆系、钼钨系和钼稀土系合金，应用较多的是第一类。钼合金的主要强化途径是固溶强化、沉淀强化和加工硬化。通过塑性加工可制得钼合金板材、带材、箔材、管材、棒材、线材和型材，还能提高其强度和改善低温塑性。由于钼合金有低温脆性和焊接脆性，且高温易氧化，限制了其使用范围的进一步扩大；另一方面，随着半导体业、军事等领域的科技进步，对钼产品的性能、成分等提出越来越高的要求。因此其发展受到限制。

目前应用最多的有TZM(Mo-0.5%Ti-0.008%Zr)和TZC(Mo-1.25%Ti-0.15%Zr-0.15%C)、Mo-la 合金和Mo-TiC 合金。TZM 合金适宜的再结晶温度为(1300-1450)℃，温度超过1500℃，由于加工组织发生再结晶，导致材料强度急剧下降，材料脆性提高。Mo-la 合金虽然具有很高的再结晶温度(1500-1700℃)，但高温下材料强度降低。经研究发现，TiC 弥散强化钼合金(Mo-TiC) 与TZM 合金、Mo-La 合金相比，具有更高的再结晶温度，更高的高温强度和抗蠕变性能。

Mo-TiC 合金以往直接将TiC 粉末加入钼粉中，混合一段时间后，进行压制烧结，制备成烧结坯料。虽然高温下，大部分TiC 会溶解进入钼基体中，但是TiC 中存在部分钛的氧化物，并且TiC 在加热烧结过程中，部分TiC 与气氛中的水蒸气反应生成TiO2 或者Ti 的其他氧化物，而Ti 的氧化物的强化效果远远低于TiC 的强化效果,并且，由于TiC 在钼基体中分布不均匀，溶解过程过于漫长，实际生产中无法实施，会导致存在部分TiC 无法溶解。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种强化相分布均匀，颗粒细小，具有较高的抗拉强度和延伸率的TiC弥散强化钼合金。

本发明要解决的另一个技术问题是提供该TiC弥散强化钼合金的制备方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明主要由以下重量份的物质组成：钼粉10Kg，钛粉40～60g，碳化钼粉45～60g，石墨粉5～7g，将上述物料进行球磨混料，然后进行烘干、压制、烧结、挤压、拉伸工艺得到所需TiC 弥散强化钼合金。

为解决上述第二个技术问题，本发明包括以下步骤和工艺条件：

1) 称取钼粉10Kg，钛粉40～60g， 碳化钼粉45～60g，石墨粉5～7g；

2) 将钼粉、钛粉、石墨粉、碳化钼粉放入球磨桶中，加入1500～2500ml 无水乙醇，球磨混合0.5～10h ；

3)将球磨混合所得到的球磨溶液放置在烘干箱中，在30～80℃温度条件下干燥2～10h，使该溶液中的乙醇挥发干净，得到一合金粉末；

4) 所述合金粉末经200Mpa～300MPa 等静压压制，并于中频烧结炉烧结，在1700～1800℃温度条件下保温6～16h，随炉冷却得到一烧结坯；

5) 所述烧结坯在1550～1650℃温度条件下保温0.5～2h后，以挤压比为3.5∶1 进行挤压，得到一挤压棒料；

6) 所述挤压棒料随后在1200～1300℃温度条件下保温0.5～2h，然后退火；

7) 退火棒料在高温拉伸试验机上加热到1350～1450℃，保温0.3～0.6h，然后拉伸，得到TiC 弥散强化钼合金材料。

所述钼粉、钛粉、碳化钼粉、石墨粉的粒度在400～800目；所述TiC弥散强化钼合金材料的抗拉强度为150～165MPa，延伸率23～25.6％。

本发明的优点效果是：

在1700-1800℃温度范围内保温，MoC以Mo 和C 原子的形式完全溶解到所述钼基体中,石墨和钛粉也分别以C 原子和Ti原子的形式完全溶解到所述钼基体中。通过保温一段时间，利用原子的浓度梯度扩散，使Ti 和C 原子在所述钼基体中扩散，达到均匀分布。