[发明专利]一种硅碳化三铌增强Nb基高温合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种Nb₃SiC₂增强Nb基高温合金及其制备方法，选用Nb粉、Si粉、石墨粉为主要原料，要求Nb粉与石墨粉的粒度≤10μm，Si粉的粒度≤30μm。将Nb粉、Si粉和石墨粉装入高能球磨罐中，充入氩气后进行机械合金化20‑40h。取出混合粉体在石墨模具进行热压烧结，烧结温度在1500℃～1700℃，升温速度在(5℃～10℃)/min，真空度≤10‑2Pa，压力在40MPa‑50MPa，在最高烧结温度保温60‑180min，随炉冷却，得到原位反应生成的Nb3SiC2增强Nb基高温合金材料。本发明制备Nb₃SiC₂增强Nb基高温合金材料的工艺过程简单，成本低廉。

技术领域

本发明属于高温合金材料及粉末冶金技术领域，涉及一种Nb₃SiC₂增强Nb基高温合金及其制备方法。

背景技术

在现代先进的航空发动机中，高温合金材料用量占发动机总量的40％～60％。在航空发动机上，高温合金主要用于燃烧室、导向叶片、涡轮叶片和涡轮盘四大热段零部件，既要满足零部件高温下保持较高力学性能的要求，又要满足较好的抗高温氧化性能。

目前在涡轮发动机、喷气发动机和热交换器等产品中广泛采用的高温结构材料是镍基超合金，但目前镍基超合金的服役温度(～1100℃)已达到了其熔点的85％，即镍基超合金已经难以满足进一步提高系统工作温度的要求。

作为超高温结构材料使用的铌基高温合金取得工业广泛应用的前提条件是该合金具有良好的低温韧性(保证可加工性能)、高的高温强度、抗氧化性能(延长产品的使用寿命)。以Nb₃SiC₂金属间化合物相强化Nb基合金为代表的一类高温合金材料具有优良的室温加工性能、耐高温性以及较高的硬度和导电率，在耐高温磨损磨、抗高温氧化等领域有着广阔的应用前景。

目前，采用机械合金化加原位反应高温热压烧结生成Nb₃SiC₂增强Nb基高温合金材料的研究尚无报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种Nb₃SiC₂增强Nb基高温合金及其制备方法。制得的高温合金具有优良的室温加工性能、耐高温性以及较高的硬度和导电率，在耐高温磨损磨、抗高温氧化等领域有着广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种Nb₃SiC₂增强Nb基高温合金的制备方法，包括以下步骤：

按质量百分比Nb:Si:C＝(0.89-0.66):(0.08-0.27):(0.03-0.07)，将Nb粉、Si粉、石墨粉装入高能球磨罐中，充入惰性气体后进行机械合金化；

取出混合粉体在模具进行热压烧结，烧结温度在1500℃～1700℃，真空度≤10-2Pa，压力在40MPa-50MPa，在最高烧结温度保温60-180min，然后随炉冷却，得到原位反应生成的Nb₃SiC₂增强Nb基高温合金材料。

优选地，Nb粉、Si粉、石墨粉的纯度不低于99.9％。

优选地，Nb粉与石墨粉的粒度≤10μm，Si粉的粒度≤30μm。

优选地，球磨时，球料比为(5～10):1，球磨转速为250～400r/min，时间为20-40h。

优选地，惰性气体为氩气。

优选地，将混合粉体放入石墨模具中进行热压烧结。

优选地，升温速度为5～10℃/min。