[发明专利]提高铌基合金抗氧化性能的方法、应用及抗氧化铌基合金

说明书

本发明涉及高温结构材料氧化防护技术领域，尤其是涉及一种提高铌基合金抗氧化性能的方法、应用及抗氧化铌基合金。提高铌基合金抗氧化性能的方法，包括如下步骤：通过气体渗氮在铌基合金基体表面形成渗氮层；所述气体渗氮的条件包括：渗氮温度为1150～1250℃，渗氮时间为8～16h；渗氮气体包括体积比为1﹕(0.45～0.55)﹕(0.08～0.12)氮气、氩气和氢气。本发明针对铌基合金，利用特定的气体渗氮的方式在铌基合金上得到连续致密、厚度均匀、成分稳定的渗氮层，提高铌基合金的抗氧化性能，进而提升了其服役性能。

技术领域

本发明涉及高温结构材料氧化防护技术领域，尤其是涉及一种提高铌基合金抗氧化性能的方法、应用及抗氧化铌基合金。

背景技术

铌(Nb)基合金是航空、航天领域的热端部件的重要候选高温结构材料之一。铌基合金的使用温度比传统的镍基高温合金以及钴基高温合金更高，在其极限工作温度下仍具有良好的力学性能，在1100～1650℃下仍旧能保持较高的强度，同时还拥有好的焊接性能和良好的可加工性能。因此，铌基合金有望成为下一代发动机或高超声速飞行器的热端部件材料。

然而，由于铌基合金的抗氧化性能较差，甚至在600～800℃会发生“pest”氧化现象，进而导致材料时效，这严重制约了铌基合金的广泛应用。目前提升铌基合金的抗氧化性能的方法主要有合金化保护以及表面涂层防护，其中表面涂层防护的应用更为有效，其中应用最为广泛的是MoSi₂涂层，使用温度高，且具有自愈合能力。但其室温下很脆，在中低温度(300～700℃)存在“pest”氧化现象。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供提高铌基合金抗氧化性能的方法，以解决现有技术中存在的铌基合金抗氧化性能差、会发生“pest”氧化现象的技术问题。

本发明的第二目的在于提供提高铌基合金抗氧化性能的方法在制备具有优异抗氧化性能的铌基合金中的应用。

本发明的第三目的在于提供抗氧化铌基合金，具有优异的抗高温氧化能力，尤其是抗“pest”氧化能力。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

提高铌基合金抗氧化性能的方法，包括如下步骤：

通过气体渗氮在铌基合金基体表面形成渗氮层；

所述气体渗氮的条件包括：渗氮温度为1150～1250℃，渗氮时间为8～16h；渗氮气体包括体积比为1﹕(0.45～0.55)﹕(0.08～0.12)的氮气、氩气和氢气。

在本发明的具体实施方式中，渗氮压力为1atm～1.05atm。

在本发明的具体实施方式中，所述氮气、氩气和氢气的体积比为1﹕0.5﹕0.1。

在本发明的具体实施方式中，所述渗氮温度为1180～1220℃，优选为1200℃。

在本发明的具体实施方式中，所述渗氮时间为10～14h，优选为12h。

在本发明的具体实施方式中，所述铌基合金为Nb-5W-2Mo-1Zr。其中，Nb-5W-2Mo-1Zr为以at％计量的。

在本发明的具体实施方式中，在气体渗氮前，对所述铌基合金基体进行预处理。进一步的，所述预处理包括：打磨和清洗。

在本发明的具体实施方式中，铌基合金基体置于渗氮炉中，将炉内气压抽至≤8Pa，然后向炉内通入渗氮气体，待炉内气压高于大气压时，控制渗氮温度和渗氮时间，进行气体渗氮。

在本发明的具体实施方式中，待炉内气压高于大气压时，渗氮炉开始升温至渗氮温度，然后保温。进一步的，所述升温的时间为1.5～2.5h，优选为2h。进一步的，渗氮炉由室温匀速升温至1200℃。