[发明专利]一种含有纳米第二相的Mo-Si-La-Y-Ce合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种含有纳米第二相的Mo-Si-La-Y-Ce合金。本发明还涉及一种含有纳米第二相的Mo-Si-La-Y-Ce合金的制备方法。

背景技术

在钼金属的强韧化研究中，已经形成了固溶强韧化、碳化物弥散强韧化、稀土氧化物弥散强韧化和气泡强韧化的多种强韧化技术，以及Mo-Ti、Mo-Zr、Mo-Hf、Mo-Ti-Zr-C、Mo-Hf-Zr-C、Mo-Hf-C、Mo-La、Mo-Y、Mo-Re、Mo-Si-Al-K等多种钼合金牌号。

钼合金的各种强韧化机制之间有着密切的关联。微量元素固溶强韧化作用主要在1100℃～1300℃的温度下发挥效果，当温度再升高时则会失效；碳化物的弥散强韧化作用在1400℃～1500℃时最为明显；在1500℃～1800℃时碳化物软化、不稳定，此温度下高熔点的稀土氧化物强韧化效果显著；高于2000℃时，稀土氧化物开始软化，而气泡强韧化作用显著。由此可见，采用单一的强韧化方法难以在较大的温度范围内获得稳定的强韧化效果。

因此，复合强韧化一直是钼合金研究的发展方向之一。近年来，先后出现了钾、镧元素复合掺杂钼丝，TZM合金的基础上再添加稀土钇、铈、钾、硅、铝与铼复合掺杂，Mo-ASK与La复合掺杂等多种钼合金及其制备方法。

经分析，掺杂元素对钼的强韧化作用存在如下规律。镧元素主要是利用分布于钼金属晶内的大量弥散La₂O₃微粒改变钼基体变形的位错分布组态和微孔松弛应力，来延缓晶界应力集中，诱导穿晶裂纹的形成和扩展。钇元素主要依靠Y₂O₃微粒在钼中形成较多的复合化合物，降低游离态C、O在钼晶界上的富集，减少钼基体间隙断裂的可能，从而产生明显的强化效果。铈元素主要依靠CeO₂微粒在钼中微细均匀弥散且排列整齐的特点，产生显著的细化钼晶粒效果。Mo₅Si₃、Mo₃Si等硅化物具有高达2000℃以上的熔点和良好的高温强度和结构稳定性，可起到优异的弥散强化效果。

上述元素在发挥强韧化作用的同时，也存在一定的不足。采用传统的掺杂方式时，La₂O₃均是La₂(NO₃)₃晶体分解形成的，因此很难控制La₂O₃微粒的尺寸和分布，一旦出现La₂O₃微粒的富集，将较难发挥迟滞位错滑移和应力集中的作用。Y₂O₃在产生明显强化效果的同时，存在加工硬化和加工态高温性能较差的问题。虽然CeO₂的细化钼晶粒效果超过现有报道的所有稀土元素氧化物，但其高温强化效果较差。由于硅原子在钼中的固溶度极小，1316℃时仅为0.727atm%，室温下还将进一步析出单质硅，而硅与氧原子的亲和力很大，SiO₂的标准生成能为-856.507kJ/mol，因此，随着硅含量的增加，单质硅元素极易与钼基体中的氧原子结合，生成脆性微粒SiO₂，导致钼合金发生明显的脆化。

另外，这些掺杂物质能否有效发挥强韧化作用，在很大程度上取决于其弥散分布的均匀程度和弥散微粒的尺度，因此钼合金粉末的掺杂方法及其后续制备工艺也具有至关重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有纳米第二相的Mo-Si-La-Y-Ce合金，解决了现有的钼合金无法同时具有高温性能优异、高温强化效果明显以及室温下无明显脆化的综合力学性能的问题。

本发明的目的还在于提供一种含有纳米第二相的Mo-Si-La-Y-Ce合金的制备方法，解决了现有的掺杂技术中需要通过后续反应将掺杂物转化为第二相微粒，使得第二相微粒的尺寸无法直接控制的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种含有纳米第二相的Mo-Si-La-Y-Ce合金，其特征在于，按质量百分比由以下物质组成：质量份数为0.03～0.1%的Si，质量份数为0.05～0.35%的La₂O₃，质量份数为0.06～0.25%的Y₂O₃，质量份数为0.07～0.18%的CeO₂，余量为Mo和不可避免的杂质，以上各物质的质量百分比之和为100%。