[发明专利]一种高强韧细晶钼合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧细晶钼合金，由以下质量百分比的成分组成：ZrC0.2～1.5％、杂质≤0.3％、余量为Mo；所述合金的微观结构包括钼晶粒和均匀分布在合金中的纳米ZrC颗粒，其中钼晶粒的平均宽度为0.3～3.0μm、长宽比≥3，纳米ZrC颗粒的平均粒径为5～100nm。本发明还公开了该高强韧细晶钼合金的制备方法，是以金属钼粉和纳米ZrC粉体为原料，经过混合、烧结、热塑形加工、退火处理得到。本发明的钼合金具有优异的综合性能，制备方法简单、科学、高效，可规模化生产，在空间反应堆结构材料、先进制造业及高温部件等领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及空间反应堆用钼合金结构材料技术领域，尤其涉及一种高强韧细晶钼合金及其制备方法。

背景技术

钼合金具有高熔点、高的高温强度和良好导热性能，在航空航天、先进核能及高温工业领域具有很好的应用前景。同时，钼合金还具有与液态碱金属相容性好、低热膨胀系数等优点，是空间反应堆燃料包壳、候选关键结构材料之一。但钼存在室温塑性低、再结晶脆化和辐照脆化等不足。传统的TZM合金和ODS-Mo合金具有比纯钼更高的强度和再结晶温度，但是塑性差、加工困难，Mo-Re合金具有优良的低温塑性，但高温下的增强作用较弱，而且成本高，而且这些材料均存在严重的辐照脆化稳态。因此，需要发展综合性能更为优越的钼合金材料。

在钼中添加高熔点的碳化物或稀土氧化物等增强相颗粒，能够起到弥散强化和细化钼晶粒的作用，可以提高钨的高温强度和再结晶温度，但是往往又导致韧性的降低，其主要原因在于第二相颗粒的尺寸较大且在晶界处偏聚，导致颗粒与基体界面处应力集中，从而降低材料的韧性。Liu等在题为“Nanostructured high-strength molybdenum alloyswith unprecedented tensile ductility”，《Nature Materials》12(2013)344-350的论文中，报道通过液相化学合成制备了室温高强韧的纳米结构钼合金，使纳米尺寸的La₂O₃颗粒大多均匀分布在细小的钼晶粒内部，能够提高强度又避免了粗大氧化物颗粒在晶界处偏聚导致的脆化，使钼合金的强度相比于纯钼得到大幅提升，同时具有良好塑性，但该合金在高温下的强度不够高，在1200℃的抗拉强度为224MPa，低于传统的TZM合金(～400MPa)。Hu等在题为“High temperature mechanical properties of TZM alloys under differentlanthanum doping treatments”，《Journal of Alloys and Compounds》711(2017)64-70的论文中，报道了通过在TZM合金中添加氧化镧，制备了室温抗拉强度达1405MPa的钼合金，但其室温延伸率较低(7.5％)，而且高温下抗拉强度大幅降低，在1000℃时抗拉强度降低至260MPa，1200℃的抗拉强度进一步降低至158MPa。又如专利CN200680045852.6公开了一种钼合金和使用该钼合金的X射线管选择阳极靶、X射线管及熔融坩埚，该钼合金中的碳化物整体中存在50％个数百分比以上的纵横尺寸比在2以上的碳化物，但碳化物的尺寸及钼晶粒尺寸没有涉及，而且没有涉及高温性能，无法为空间反应堆用钼合金的研发提供指导。

上述钼合金要么室温强度低或塑性低，要么高温下强度低，无法实现在室温及高温下都具有高强度、高韧性以及高温稳定性能，制约了其在空间反应堆中的应用。因此，为了满足空间反应堆对关键结构材料的需求，需要进一步提升钼合金综合力学性能和高温稳定性。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高强韧细晶钼合金及其制备方法。

本发明提出的一种高强韧细晶钼合金，由以下质量百分比的成分组成：ZrC0.2～1.5％、杂质≤0.3％、余量为Mo；所述合金的微观结构包括钼晶粒和均匀分布在合金中的纳米ZrC颗粒，其中钼晶粒的平均宽度为0.3～3.0μm、长宽比≥3，纳米ZrC颗粒的平均粒径为5～100nm。