[发明专利]一种Nb-Si-C合金棒材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Nb‑Si‑C合金棒材，由以下原子百分比的原料制成：硅10％～20％，碳5％～15％，余量为铌和不可避免的杂质。本发明还公开了制备该Nb‑Si‑C合金棒材的方法，该方法为：一、将硅粉、碳粉和铌粉球磨后烘干得到混合粉末；二、压制成型得到坯料，烧结处理得到Nb‑Si‑C烧结体；三、电弧熔炼得到Nb‑Si‑C铸锭，切割成半成品棒材；四、电子束区域熔炼得到Nb‑Si‑C合金棒材。本发明制备的Nb‑Si‑C合金棒材由Nb₅Si₃C化合物组成，具有纯度高、杂质氧的质量含量低、高硬度、高强度、耐高温和优异的疲劳性能，在航空航天、国防工业、压力加工、机械加工切割工具等领域有广阔的应用前景。

技术领域

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

背景技术

高性能飞行器的发展有赖于先进发动机与之匹配，现代的航空航天发动机不仅推力大，而且推重比不断提高。随着发动机推力和效率的提高，发动机的涡轮进口温度需不断提高，在涡轮发动机部件中，涡轮叶片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，这就要求涡轮叶片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。目前在燃气涡轮发动机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％。未来的航空发动机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发动机的需求。

铌(Nb)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。虽然铌合金在室温塑性、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，铌合金的抗蠕变性能显著下降。在铌中添加合金元素，可形成合金浓度高的铌合金，其高温力学性能显著提高，并且加工性能良好，故用作高温结构材料。虽然通过合金化改性可使铌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超高温环境下得到应用的前景有限。因此，为了满足航空航天和国防工业发展的需要，以及满足现代科技对超高温结构材料的需求，必须研发新的超高温结构材料。

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，提供了一种Nb-Si-C合金棒材，该Nb-Si-C合金棒材为主要含有Nb₅Si₃C化合物的棒材，质量纯度为99.0％～99.5％、杂质氧的质量含量为40ppm～87ppm，室温抗拉强度为890MPa～1240MPa、洛氏硬度(HRC)为58～65，经5×10⁷次循环疲劳试验后的疲劳强度为220MPa～460MPa，1300℃抗拉强度为450MPa～530MPa，由此证明该Nb-Si-C合金棒材具有纯度高、杂质氧的质量含量低、高硬度、高强度、耐高温和优异的疲劳性能，在航空航天、国防工业、压力加工、机械加工切割工具等领域有广阔的应用前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种Nb-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10％～20％，碳5％～15％，余量为铌和不可避免的杂质。

上述的一种Nb-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12％～18％，碳8％～12％，余量为铌和不可避免的杂质。

上述的一种Nb-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％，碳10％，余量为铌和不可避免的杂质。

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