[发明专利]一种Mo‑Si‑B‑Hf‑Al合金棒材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金材料制备技术领域，具体涉及一种Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材及其制备方法。

背景技术

航空发动机涡轮叶片材料的工作温度越高，发动机的性能越好，效率越高，航空发动机推重比与涡轮叶片材料工作温度有很大的关系。目前，镍基超合金不能满足先进航空发动机的使用要求，必须研制下一代高温结构材料。Mo-Si-B系合金由原位自生的Mo₅SiB₂、Mo₃Si金属间化合物相和钼固溶体(Moss)相组成，具有高熔点、高温强度高和抗氧化等特点，在航空航天领域有广泛的应用前景。然而，这些Mo-Si-B系合金材料的一个普遍特点是室温下非常脆，材料中有孔洞、微裂纹等缺陷，降低了材料的力学性能、抗氧化性能和可靠性，导致这些Mo-Si-B系合金材料难以在工程上得到应用。这是由于采用传统粉末冶金法制备的Mo-Si-B系合金杂质元素和氧含量较高，杂质元素降低了高温力学性能，致脆氧元素在晶界处富集，使材料变脆。另外，粉末冶金法制备的Mo-Si-B系合金致密度不高，材料中有大量的孔洞或微裂纹等缺陷，也降低了材料的室温塑韧性和高温力学性能，同时在高温氧化气氛中，这些孔洞或微裂纹为氧的扩散提供了通道，降低了材料的抗氧化性能。采用熔炼方法制备的Mo-Si-B系合金微观组织由粗大的柱状铸态晶组成，这种组织降低了材料的晶界结合强度，并且由于材料组成相的各向异性，容易产生微裂纹等缺陷，恶化了材料的综合力学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材。该Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材的氧含量为102ppm～127ppm，室温抗拉强度为679MPa～835MPa，室温断裂韧性为11MPa·m^1/2～23MPa·m^1/2，1400℃的抗拉强度为369MPa～573MPa，在1400℃空气环境中氧化100h后材料损失为0.08mg/cm²～0.15mg/cm²，由此证明该Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材具有氧含量低、强度高、抗氧化和良好的室温断裂韧性等特点，能够在高温氧化气氛中应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成：Si 6％～18％，B 7％～19％，Hf 5％～15％，Al 6％～14％，余量为Mo和不可避免的杂质。

上述的一种Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成：Si 8％～16％，B 9％～17％，Hf 7％～13％，Al 8％～12％，余量为Mo和不可避免的杂质。

上述的一种Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材，其特征在于，由以下原子百分比的成分组成：Si 14％，B 16％，Hf 10％，Al 10％，余量为Mo和不可避免的杂质。

另外，本发明还提供了一种制备上述Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、采用湿法球磨的方法将钼粉、硅粉、硼粉、铪粉和铝粉混合均匀，真空干燥后得到混合粉末；

步骤二、将步骤一中所述混合粉末压制成型，得到坯料，然后将所述坯料置于烧结炉中，在真空度不大于1×10^-1Pa，温度为1700℃～1800℃的条件下保温2h～3h进行烧结处理，随炉冷却后得到烧结体；

步骤三、将步骤二中所述烧结体置于真空自耗电弧炉中，在真空度不大于5×10^-2Pa的条件下真空自耗电弧熔炼3～5次，随炉冷却后进行扒皮处理，得到铸锭；所述真空电弧熔炼的电流为10kA～12kA，所述真空电弧熔炼的电压为20V～40V；

步骤四、将步骤三中所述铸锭在挤压温度为1300℃～1500℃，挤压比为6～8的条件下进行挤压，自然冷却后进行扒皮处理，得到半成品棒坯；

步骤五、将步骤四中所述半成品棒坯在挤压温度为1200℃～1400℃，挤压比为4～7的条件下进行挤压，自然冷却后进行扒皮处理，得到Mo-Si-B-Hf-Al合金棒材。

上述的方法，其特征在于，步骤一中所述钼粉、硅粉、硼粉、铪粉和铝粉的质量纯度均不小于99％。