[发明专利]一种抗高温氧化W-Si-Al-Ti-Zr-Y多元轻质复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种抗高温氧化W‑Si‑Al‑Ti‑Zr‑Y多元轻质复合材料及其制备方法，其中抗高温氧化W‑Si‑Al‑Ti‑Zr‑Y多元轻质复合材料的原料为WSi₂、Al、Y、Ti、Zr以及W，其中各组分按质量百分比构成为：WSi₂ 40‑60％，Al 15‑8％，Ti 4‑6％，Zr 2‑5％，Y 1‑3％，余量为W。本发明选择钝化元素Si、Al和活化元素Y、Ti、Zr协同掺杂W基合金，经过烧结制备的W‑Si‑Al‑Ti‑Zr‑Y多元轻质复合材料的抗高温氧化性能得到显著提高。

技术领域

本发明涉及一种金属复合材料及其制备方法，具体地说是一种抗高温氧化W-Si-Al-Ti-Zr-Y多元轻质复合材料及其制备方法。

背景技术

钨基复合材料具有高熔点、高密度、高强韧等优异特性，被认为是未来最关键的高温结构材料。但因抗高温氧化性能较差，无法满足航空航天等领域热端部件的使用要求，成为制约钨材料关键技术瓶颈。

钝化元素Cr、Si、Al是提高材料抗高温氧化性能的重要元素。目前W-Cr合金被国内外研究人员广泛研究。W-Cr合金在氧化过程中Cr元素优先氧化形成致密氧化层Cr₂O₃，但长期暴露于高温氧化环境中Cr₂O₃氧化层难以保持稳定，无法维持长期的钝化。由于无法克服脆性相问题，W-Si合金在研究初期便被国内外否定，W-Al合金由于其熔点差异巨大而未见报道(W熔点3410℃，Al熔点660℃)。为了解决Mo-Si合金的脆性问题，研究人员采用掺杂Al元素成功制备了抗高温氧化的Mo-Si-Al合金。

发明内容

本发明旨在提供一种抗高温氧化W-Si-Al-Ti-Zr-Y多元轻质复合材料及其制备方法。本发明选择钝化元素Si、Al和活化元素Y、Ti、Zr协同掺杂W基合金，经过烧结制备的W-Si-Al-Ti-Zr-Y多元轻质复合材料的抗高温氧化性能得到显著提高。

本发明抗高温氧化W-Si-Al-Ti-Zr-Y多元轻质复合材料，其原料为WSi₂、Al、Y、Ti、Zr以及W，其中各组分按质量百分比构成为：WSi₂ 40-60％，Al 15-8％，Ti 4-6％，Zr 2-5％，Y 1-3％，余量为W。

本发明抗高温氧化W-Si-Al-Ti-Zr-Y多元轻质复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：制备预合金粉

采用惰性气体雾化法的制粉工艺，将原料W粉、Ti粉按照比例混合制备为W-Ti预合金粉；将原料W粉、Al粉按照比例混合制备为W-Al预合金粉，将WSi₂合金粉、W-Ti预合金粉、W-Al预合金粉、Zr粉、Y粉按照配比量配制混合，获得预合金粉；

步骤1中，W-Ti预合金粉中W与Ti的质量比为5-2:1。

步骤1中，W-Al预合金粉中W与Al的质量比为1:1。

步骤2：悬浮熔炼

将步骤1获得的预合金粉装入悬浮炉腔，抽真空至10^-3Pa进行悬浮熔炼。

所用原料粉末及粒度为：WSi₂合金粉颗粒尺寸为5微米，W粉颗粒尺寸为2微米，Al合金粉颗粒尺寸为3微米，Ti粉颗粒尺寸为3微米，Zr粉颗粒尺寸为5微米，Y粉颗粒尺寸为5微米。

本发明的有益效果体现在：

1、本发明将钨元素与低熔点元素先通过惰性气体雾化法制备为预合金粉，钨与低熔点元素形成中间相，一方面降低了钨的熔点，另一方面解决了低熔点元素在熔炼过程中的烧蚀问题。例如，金属钨为3410℃，铝元素熔点为660℃，制得的W-Al预合金粉熔点为1700℃。