[发明专利]一种制备细晶高致密度TZM合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于采用粉末冶金方法制备难熔金属合金领域，涉及TZM合金的制备，特别是一种制备细晶高致密度TZM合金的方法。

背景技术

钼合金是以钼为基体加入其它元素而构成的有色合金。由于具有优良的高温力学性能，以TZM(Titanium-Zirconium-Molybdenum Allo)为代表的钼合金，可以广泛用于航空航天工业、核能工业以及电子工业等领域。目前制备TZM合金主要采用熔炼法和粉末冶金法。熔炼法是将纯钼和一定量的Ti、Zr等元素在真空或惰性气体保护下进行熔炼，然后采用铸造和机械加工等方式制得TZM坯料。粉末冶金法是用高纯钼粉与TiH₂粉、ZrH₂粉及喷雾碳黑粉按比例均匀混合后经冷等静压或模压成型，然后在保护气氛下高温烧结，得到TZM坯料。采用粉末冶金法制备TZM合金可以节省真空自耗电弧炉和挤压机等大型设备，工艺生产周期短，消耗低，生产能力和成品率高，成本大大降低。

目前对于TZM合金制备技术存在的问题是晶粒粗大，孔隙率大，合金密度较低，影响了TZM合金的力学性能。掺杂稀土氧化物是细化TZM合金晶粒并提高其致密度的有效方法。因为稀土氧化物粒子作为第二相弥散分布于钼粉的表面，对烧结过程中钼晶粒原始晶界形核和长大起阻碍作用，抑制晶粒长大；高温烧结时物质的扩散和流动充分进行，弥散的稀土氧化物粒子填充于烧结孔中，使烧结TZM合金密度增加。

掺杂稀土氧化物的关键在于稀土氧化物分布均匀性的控制，掺杂稀土氧化物的优点是操作简单，掺杂量易控制，掺杂工艺最简便，设备投资少，易于组织生产。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提出一种制备细晶高致密度TZM合金的方法。该方法用粉末冶金工艺制备出了掺杂稀土氧化物La₂O₃的TZM合金，满足企业对细晶、高致密度TZM合金材料的需求。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种制备细晶高致密度TZM合金的方法，其特征在于，具体制备过程依次包括以下步骤：

步骤一，原料选择：

钼粉：纯度≥99.96％，松装密度0.95g/cm³～1.40g/cm³，粒度2.0μm～3.5μm；

La₂O₃粉末：纯度为99.99％，粒度为0.5μm～2μm；

TiH粉末：纯度≥99.5％，粒度为5～8μm；

ZrH₂粉末：纯度≥99.5％，粒度为5～8μm；

石墨粉：纯度≥99.5％，最大粒度不超过10μm；

步骤二，按照以下质量百分比进行配比：TiH₂粉末：0.45％～0.65％，ZrH₂粉末：0.06％～0.14％，石墨粉：0.02％～0.06％，La₂O₃粉：0.5～1.5％，余量为钼粉，原料的百分比之和为100％；

步骤三，将配方量的各原料装入三维混料机中，以转速30r/min～60r/min混合1～4小时，得到混合均匀的合金粉末；

步骤四，将合金粉末装入球磨机内进行球磨，球磨机转速为30r/min～200r/min，球磨机内放置有直径为10mm的钼球，钼球与合金粉末的质量比为2∶1，球磨时间2小时～24小时；

步骤五，球磨后的合金粉采用模压或者等静压法压制成坯料，压力为20Mpa～200Mpa，保压时间为5s～60s；

步骤六，将压制好的坯料进行预烧，保护气氛为真空、氢气或者惰性气体，预烧结温度为1000℃～1200℃，保温1小时～4小时；

步骤七，将预烧后的坯料进行高温烧结，保护气氛为真空、氢气或者惰性气体，最高烧结温度为1800℃～2000℃；高温烧结采用阶梯式烧结方式，即加热到1200℃～1500℃时，每隔100℃保温2～3小时，加热到1500℃～1800℃时，每隔150℃保温2～4小时，最后在1800℃～2000℃下保温5-8小时，即得到细晶高致密度TZM合金。

本发明的制备细晶高致密度TZM合金的方法，与现有TZM合金制备技术相比，具有如下优点：

1、在传统粉末冶金的基础上通过掺杂稀土氧化物La₂O₃粉末，细化晶粒，使得制备的TZM合金晶粒细小。