[发明专利]耐高温金属间化合物合金的制备方法

说明书

本发明涉及一种耐高温金属间化合物合金的制备方法，属于耐高温材料的制备领域。首先按照重量百分比配制Mo‑Si‑B合金的原料，其中，Mo：70～89％、Si：10～25％、B：1～5％；然后将原料采用粉末冶金方法进行低温预烧结成块料，再用电子束熔炼的方法进行高温合成，得到耐高温的金属间化合物合金块。本发明熔铸后得到的Mo‑Si‑B合金，化学成分均匀、无孔洞全致密，熔铸后得到的Mo‑Si‑B合金的金相组织为α‑Mo、Mo₃Si与Mo₅SiB₂。

技术领域

本发明涉及一种耐高温金属间化合物合金的制备方法，本发明中化合物合金所涉及的主要金属和化合物有α-Mo、Mo₃Si与Mo₅SiB₂。该发明属于耐高温材料的制备领域。

背景技术

在现代工业中，高温过程越来越普遍，这对一些高温结构材料的使用温度提出了更高的要求，如涡轮机、航空发动机叶片、热交换器和加热元件等。用于高温环境中的结构材料应该有足够高的使用温度、抗氧化性和断裂韧性，为了获得这些理想的性能，必须开发新材料。人们对可能在高温下使用的金属间化合物进行了广泛的研究。Mo-Si-B合金作为最新的一代航空发动机用结构材料和高温抗氧化涂层材料，国外对此进行了大量的研究，并获得突破性进展。研究结果表明，添加硼的Mo-Si-B系合金具有优异的高温力学性能和可与MoSi₂相比的优异的高温抗氧化性能。

70年代末以来，以金属铝化物(主要是Ni－Al、Ti－Al和Fe－Al系)为主流的高温结构用金属间化合物得到了广泛而深入的研究。目前，改性结构铝化物特别是Ti－Al和Ni－Al系化合物合金(主要是Ni₃Al和Ti₃A1)及其复合材料已经进入工程应用研究阶段。Ni₃Al和Ti₃A1等铝化物虽然室温塑性好、比强度高，但高于650℃时抗氧化性能差，需要施加保护涂层。Ti-Al合金在温度高于800℃时也表现出较差的抗氧化性；Al₃Ti则存在熔点较低(1340℃)、成分范围较窄的缺点。

从80年代末开始，结构用金属硅化物(尤其是MoSi₂)得到了深入研究。MoSi₂具有高的熔点(2030℃)和优异的高温抗氧化性能，作为高温工业炉的发热元件使用温度已经达到了1800℃，然而MoSi₂基合金的室温力学性能和高温抗蠕变性能都比较差，在500℃左右还容易发生“PEST”氧化。Mo₅Si₃也是一种能用于高温环境的结构材料，其抗蠕变性能优于MoSi₂，但高温抗氧化性能非常差。

Mo-Si-B合金作为最新的一代航空发动机用结构材料和高温抗氧化涂层材料。目前对Mo-Si-B合金的研究主要集中在两个体系：α-Mo+Mo₃Si+Mo₅SiB₂(T₂)；Mo₅Si₃(T₁)+Mo₃Si+Mo₅SiB₂(T₂)。

目前制备Mo-Si-B合金的方法可以分为两类：电弧熔炼法和粉末冶金法。其中粉末冶金法又可分为粉末烧结/压制法、燃烧合成法(自蔓延高温合成)和反应热压、放电等离子烧结、机械合金化法等。

电弧熔炼具有设备简单、所需能量低、瞬间合成等优点，但其主要缺点是制备的材料中会产生孔洞和裂纹，不利于机械加工。另外对于Mo-Si-B合金，要克服硅化物高熔点的阻碍，需要较高熔炼温度；在熔炼过程中由于挥发所造成的硅损失会产生某些不需要的中间相，降低材料的力学性能，成分不均匀。