[发明专利]一种耐高温高强韧钼基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐高温高强韧钼基复合材料，包括以下重量分数的组分：ZrO₂ 1.5％～5％、CrCoNi合金1％～1.5％、余量为Mo，其中，CrCoNi合金中Cr、Co、Ni的质量占比分别为：Cr 30％～36％、Co 30％～36％、Ni 30％～36％。本发明将CrCoNi中熵合金粉体作为添加成分应用于钼基复合材料制备；球形CrCoNi中熵合金粉体为单相固溶体，可有效促进材料基体致密化烧结，显著提高材料韧性，解决了钼基复合材料韧性差、成形性差的核心技术难题；采用真空感应烧结，避免在氢气气氛烧结产生氢脆，保证材料强韧性；将ZrO₂添加至钼基复合材料，通过陶瓷相变增韧及弥散强化，提高材料强韧性；同时ZrO₂添可提高材料烧结致密度，降低孔隙率，降低钼基体与氧接触面积，提高材料耐烧蚀性。

技术领域

本发明涉及金属复合材料领域，尤其涉及一种耐高温高强韧钼基复合材料及其制备方法。

背景技术

钼基高温材料具有熔点高、强度大、弹性模量高、热膨胀系数小、蒸气压低、导电导热性好、抗蚀性强以及高温力学性能优良等特点，广泛应用于国防、核能、冶金、机械、石化、医疗、电子、航空航天等诸多领域。钼基金属材料在特殊工况使用，例如火箭喷嘴、飞行器热端部件、高温燃气管道、配气阀、高压整流元件等，纯钼、TZM合金等钼基材料存在密度大、易氧化烧蚀、高温抗蠕变性能差等问题，对构件长时高温服役产生诸多不利影响。因此对轻质、高强韧、耐烧蚀的钼-陶瓷复合材料的开发和改进具有重要战略意义。

发明内容

本发明提供一种耐高温高强韧钼基复合材料，包括以下重量分数的组分：ZrO₂1.5％～5％、CrCoNi合金1％～1.5％、余量为Mo；其中，CrCoNi合金中Cr、Co、Ni的质量占比分别为：Cr 30％～36％、Co 30％～36％、Ni 30％～36％。本发明钼基复合材料中ZrO₂和CrCoNi合金是以颗粒的状态均匀分散在金属钼基体中的，ZrO₂粒径为0.5～1μm，CrCoNi合金粒径为2～10μm，钼金属颗粒的粒径为0.5～4μm。

本发明钼基复合材料的制备方法如下：

A、制备钼基复合材料粉体

A1、按重量分数将Cr、Co和Ni单质置入真空感应炉中熔炼，得合金熔体，对合金熔体进行电磁搅拌后，对合金熔体进行高压气雾化，制得所需粒径的球形CrCoNi中熵合金粉体；

A2、将适量的纯钼、CrCoNi中熵合金粉体和ZrO₂粉体置入真空三维运动混料机中，抽真空后通入氮气至微正压，重复三次后启动三维运动混料机，30～80rpm混料10～16h，制得中间粉体；

A3、用纯钼将所得中间粉体稀释至所需配比，将其置入真空三维运动混料机中，抽真空后通入氮气保护，30～80rpm混料10～16h，制得钼基复合材料粉体；

B、成型

将所得钼基复合材料粉体置于模具中，冷等静压成型，制得素坯件，将素坯件80～110℃烘干60～120min后放入真空感应烧结炉中，抽真空后升温至1850～2000℃并保温200～300min，制得钼基复合材料型材；

C、锻造

将所得钼基复合材料型材的开坯温度设置为1450～1600℃，保温60～120min，终锻温度为1250～1350℃，回火温度为1400～1500℃，锻造至变形量为60～75％后在热处理炉中1150～1200℃保温30～90min消除残余应力后即制得钼基复合材料。