[发明专利]一种Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金制备技术领域，具体涉及一种Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料及其制备方法。

背景技术

高性能飞行器的发展有赖于先进动力系统与之匹配，现代的发动机系统不仅推力大，而且推重比不断提高，随着发动机推力和效率的提高，发动机的进口温度需不断提高，在发动机部件中，热端关键部件的工作条件最为苛刻，要在1000℃以上高温和腐蚀环境中承受高的应力，而且还要求使用寿命长，这就要求热端关键部件材料具有高的抗蠕变性能，良好的抗腐蚀性能，高的高温持久强度、断裂韧性和疲劳性能等。目前在航空航天动力系统中应用的镍基和钴基高温合金材料已经达到了其最高使用温度极限，即工作温度已达到或超过其熔点的80％。未来的航空动力系统要求其热端关键部件在1100℃以上的高温和复杂负荷条件下长期使用，因此传统的镍基和钴基高温合金已不能满足下一代高性能的先进动力系统的需求。Nb-Si系合金材料与现阶段航空航天动力系统关键部件材料相比有许多优异的性能：密度低、弹性模量大、高温强度高等，因此，许多发达国家已经开展了具有更高承温能力的新型超高温Nb-Si系合金材料的研究，然而，Nb-Si系合金材料较差的室温塑韧性限制了其应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料，该Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料在室温条件下的抗拉强度为460MPa～517MPa、延伸率为1％～4.5％、断裂韧性为18MPa·m^1/2～29MPa·m^1/2，在1300℃条件下的抗拉强度为267MPa～425MPa，该Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料的室温塑韧性、室温力学性能和高温抗拉强度达到良好平衡。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成：Si6％～20％，Ti16％～30％，Ta5％～15％，B2％～8％，余量为Nb和不可避免的杂质。

上述的一种Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成：Si8％～13％，Ti18％～22％，Ta8％～12％，B3％～7％，余量为Nb和不可避免的杂质。

上述的一种Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成：Si10％，Ti20％，Ta10％，B5％，余量为Nb和不可避免的杂质。

另外，本发明还提供了一种制备上述Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将硅粉、钛粉、钽粉、硼粉和铌粉混合均匀后压制成电极，然后将所述电极置于真空自耗电弧熔炼炉中，在真空度小于1×10^-4Pa的条件下电弧熔炼3～6次，得到Nb-Si-Ti-Ta-B合金铸锭；所述电弧熔炼的熔炼电流为5kA～7kA，熔炼电压为20V～40V；

步骤二、将步骤一中所述Nb-Si-Ti-Ta-B合金铸锭在挤压温度为1200℃～1600℃，挤压比为6～12的条件下进行挤压，得到Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料。

上述的方法，其特征在于，步骤一中所述硅粉的质量纯度不小于99.99％，所述钛粉的质量纯度不小于99.99％，所述钽粉的质量纯度不小于99.9％，所述硼粉的质量纯度不小于99.9％，所述铌粉的质量纯度不小于99.99％。

上述的方法，其特征在于，步骤二中所述挤压温度为1300℃～1500℃，挤压比为7～11。

上述的方法，其特征在于，所述挤压温度为1400℃，挤压比为9。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料在室温条件下的抗拉强度为460MPa～517MPa、延伸率为1％～4.5％、断裂韧性为18MPa·m^1/2～29MPa·m^1/2，在1300℃条件下的抗拉强度为267MPa～425MPa，该Nb-Si-Ti-Ta-B合金材料的室温塑韧性、室温力学性能和高温抗拉强度达到良好平衡。