[发明专利]一种Ta-W合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Ta‑W合金材料及其制备方法，由以下质量百分比的成分组成：W 2％～15％，ZrB₂ 0.6％～2％，C 0.1％～0.5％，余量为Ta和不可避免的杂质。其制备方法，包括以下步骤：(1)、真空非自耗电弧熔炼制备W‑ZrB₂‑C中间合金；(2)、破碎W‑ZrB₂‑C中间合金，并与Ta粉混合均匀，压制成电极；(3)、电子束熔炼，得到半成品铸锭；(4)、将半成品铸锭切割加工成棒材，打磨后进行电子束区域熔炼，冷却后得到Ta‑W合金材料。本发明Ta‑W合金材料氧质量含量低，室温和高温强度高，并且具有优异的室温塑性和良好的抗氧化性能，在超高温的恶劣极端环境下有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及的是合金材料制备技术领域，具体涉及一种Ta-W合金材料及其制备方法。

背景技术

在航空航天领域，钽钨(Ta-W)系列合金材料因具有高熔点、高强度、良好的室温塑性、耐蚀性和易于加工成形等优点在航空、航天和原子能工业、化工等领域有广泛的应用。钽钨合金多被用于超高温、超高压、高速气流冲蚀、急冷急热等极端环境的超高温结构件上。如用于火箭发动机高温结构材料，高超音速再入飞行器的耐热蒙皮，航天飞机的热防护，核燃料包壳材料，抗烧蚀的舵片、超音速飞机燃烧室、火箭、导弹及喷气发动机的控制零件等。

传统的钽钨合金是在钽中添加大量的高熔点难熔金属(如W、Mo和Hf等)进行固溶强化，提高钽合金的使用温度。由于合金化程度很高，晶格产生严重的畸变，使钽合金的塑性严重下降，材料的加工性能变差，成品率很低，而且单一的固溶强化机制难以大幅提高钽合金的高温力学性能；同时，由于引入了大量的W和Mo等元素，恶化了材料的抗氧化性能，不利于在航空航天上的应用。另一种强化Ta-W合金的方法是TaC，通过TaC弥散强化提高其室温和高温力学性能。虽然TaC具有高熔点、高硬度和高的弹性模量，能显著提高铌合金的高温强度，但TaC偏聚严重，使材料的塑性严重下降，加工成形困难，并且降低了材料使用的可靠性。

综上所述，本发明设计了一种Ta-W合金材料及其制备方法。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种Ta-W合金材料及其制备方法，该合金材料氧质量含量为36ppm～55ppm，室温抗拉强度为850MPa～1357MPa、室温延伸率为27％～35％，1600℃抗拉强度为365MPa～512MPa，在1600℃空气环境中氧化100h后材料损失只有0.23mg/cm²～0.17mg/cm²，由此证明该Ta-W合金材料氧含量低、室温和高温强度高，较好的室温塑性和高温抗氧化性能，能够在超高温空气环境中使用。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种Ta-W合金材料，由以下质量百分比的成分组成：W 2％～15％，ZrB₂ 0.6％～2％，C 0.1％～0.5％，余量为Ta和不可避免的杂质；所述的Ta为粉状；其制备方法为：(1)、将纯W、纯ZrB₂和纯C放入非自耗真空电弧熔炼炉里；先抽真空至小于1×10^-4Pa，然后充入氩气，在氩气保护下，在熔炼温度为3300～3600℃下反复熔炼1～3次，得到成分均匀的W-ZrB₂-C中间合金；

(2)、机械破碎W-ZrB₂-C中间合金，与Ta粉混合均匀，压制成电极；

(3)、将步骤(2)中所述电极置于电子束熔炼炉中，在真空度小于5×10^-3Pa的条件下电子束熔炼2～4次，冷却后得到铸锭，然后将所述铸锭切割加工成半成品棒材；所述电子束熔炼的熔炼电流为1.2A～1.6A，熔炼电压为60kV～80kV。