[发明专利]一种Mo-Si-C合金棒材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Mo‑Si‑C合金棒材，由以下原子百分比的原料制成：硅15％～25％，碳15％～35％，余量为钼和不可避免的杂质。另外，本发明还公开了制备该Mo‑Si‑C合金棒材的方法，该方法为：一、将原料粉末球磨后烘干，得到混合粉末；二、将混合粉末压制成型得到坯料，烧结处理得到Mo‑Si‑C合金烧结体；三、Mo‑Si‑C合金烧结体经电子束熔炼得到Mo‑Si‑C合金铸锭，切割成半成品棒材；四、半成品棒材经电子束区域熔炼得到Mo‑Si‑C合金棒材。本发明Mo‑Si‑C合金棒材具有纯度高和氧质量含量低的特点，具有极高的硬度和抗拉强度、优异的疲劳性能和高温强度，在超高温环境下有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于合金制备技术领域，具体涉及一种Mo-Si-C合金棒材及其制备方法。

背景技术

随着航空航天技术的发展，各种新型飞行器飞行距离和飞行速度的提高，要求发动机具有更高的推重比及工作效率，人们对轻质、高强和抗氧化的高温结构材料提出了越来越高的要求。而现有发动机所用的镍基高温合金由于受其自身熔点的限制，使用温度上限仅为1100℃。因此，研制替代镍基超合金的超高温材料势在必行。钼合金在20世纪50年代就曾作为航空航天、核工程及飞行器发动机的候选材料而被广泛研究。虽然钼合金在加工成形性能、密度和熔点等方面很诱人，但它较差的疲劳强度成为其作为高温结构材料应用的主要障碍。同时，当使用温度超过1100℃时，钼合金的高温力学性能显著下降。在钼中添加合金元素可形成合金浓度高的钼合金，其高温力学性能有所改善，并且加工性能良好，故用作高温结构材料。然而，这些钼合金材料差的高温强度，使其应用受到限制，这是由于这些材料在超高温环境下的长时间动态热/力耦合载荷条件下，材料自身已有的强韧化机制在高温服役下可能失去了作用。因此，虽然通过合金化改性可使传统钼合金高温力学性能和疲劳强度得到一定程度的改善，但大幅提高其力学性能使其在下一代高推重比发动机上得到应用的前景有限。因此，为了满足国防工业和航天航空技术发展的需要，必须制备新的超高温结构材料。另外，随着现代科技的飞速发展，各行各业对难熔金属材料的使用越来越广泛，对其性能也相应提出了越来越高的要求。须研制出高性能难熔金属合金材料为尖端领域的发展提供材料基础。

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的不足，提供了一种Mo-Si-C合金棒材。该合金棒材的质量纯度为99.5％～99.9％、杂质氧的质量含量为20ppm～40ppm，室温抗拉强度为1120MPa～1680MPa、洛氏硬度(HRC)为60～70，经5×10⁷次循环疲劳试验后的疲劳强度为510MPa～680MPa，1500℃抗拉强度为310MPa～420MPa，由此证明该Mo-Si-C合金棒材具有纯度高和氧质量含量低的特点，并且具有极高的硬度和抗拉强度，优异的疲劳性能和高温强度，在超高温环境下有广阔的应用前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种Mo-Si-C合金棒材，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成：硅15％～25％，碳15％～35％，余量为钼和不可避免的杂质。

上述的一种Mo-Si-C合金棒材，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成：硅18％～20％，碳18％～30％，余量为钼和不可避免的杂质。

上述的一种Mo-Si-C合金棒材，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成：硅20％，碳25％，余量为钼和不可避免的杂质。

另外，本发明还提供了一种制备上述Mo-Si-C合金棒材的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将硅粉、碳粉和钼粉置于球磨机中，以无水乙醇为分散剂，在转速为200r/min～400r/min、球料比为(5～15):1的条件下球磨20h～40h，球磨后在真空条件下烘干，得到混合粉末；所述无水乙醇的体积为硅粉、碳粉和钼粉总质量的1～3倍，无水乙醇体积的单位为mL，硅粉、碳粉和钼粉总质量的单位为g；