[发明专利]一种Nb‑Si‑Ta‑W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-Ta-W合金材料及其制备方法。

背景技术

随着航天航空技术的发展，需要一种超过目前高温合金使用温度极限的材料，这种新材料需具有高熔点、低密度、1300℃～1400℃抗氧化性能和优异的高温强度等特点。目前，人们的研究重点集中在难熔金属间化合物复合材料上，尤其是Nb-Si系合金材料，这些材料具有在1350℃以上服役的潜力。Nb-Si系合金材料与高温合金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，现有技术中Nb-Si系合金材料较差的室温断裂韧性限制了它们的应用，室温断裂韧性和高温强度没有达到良好的平衡，需要进一步提高室温断裂韧性和高温强度。

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-Ta-W合金材料，该合金材料在室温条件下的断裂韧性为40MPa·m^1/2～52MPa·m^1/2，压缩强度为1600MPa～2300MPa，在1200℃条件下压缩强度为870MPa～1570MPa，在1500℃条件下的压缩强度为527MPa～773MPa、氧质量含量为50ppm～70ppm，该Nb-Si-Ta-W合金材料室温断裂韧性、室温压缩强度和高温压缩强度达到了良好平衡，能够应用于1500℃以上的环境中。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种Nb-Si-Ta-W合金材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成：Si 10％～20％，Ta5％～20％，W 5％～15％，余量为Nb和不可避免的杂质。

上述的一种Nb-Si-Ta-W合金材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成：Si 12％～18％，Ta 7％～13％，W 8％～12％，余量为Nb和不可避免的杂质。

上述的一种Nb-Si-Ta-W合金材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成：Si 16％，Ta 11％，W 10％，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-Ta-W合金材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将硅粉、钽粉、钨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^-3Pa的条件下电弧熔炼2～4次，得到半成品铸锭；所述电弧熔炼的熔炼电流为7kA～9kA，熔炼电压为30V～50V；

步骤二、将步骤一中所述半成品铸锭切割加工成棒材，然后打磨所述棒材去除表面氧化皮，打磨后将棒材在真空度小于5×10^-4Pa的条件下进行电子束区域熔炼，冷却后得到Nb-Si-Ta-W合金材料；所述电子束区域熔炼的熔炼电流为0.9A～1.1A，熔炼电压为40kV～60kV。

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％，所述钽粉的质量纯度不小于99％，所述钨粉的质量纯度不小于99％，所述铌粉的质量纯度不小于99％。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明Nb-Si-Ta-W合金材料在室温条件下的断裂韧性为40MPa·m^1/2～52MPa·m^1/2，压缩强度为1600MPa～2300MPa，在1200℃条件下压缩强度为870MPa～1570MPa，在1500℃条件下的压缩强度为527MPa～773MPa、氧质量含量为50ppm～70ppm，该Nb-Si-Ta-W合金材料室温断裂韧性、室温压缩强度和高温压缩强度达到了良好平衡，能够应用于1500℃以上的环境中。