[发明专利]一种Ta-Hf-Zr-ZrB2

说明书

本发明提供了一种Ta‑Hf‑Zr‑ZrB₂合金棒材，由以下质量百分比的原料制成：Hf 3%~9%，Zr 4%~8%，ZrB₂ 3%~7%，余量为Ta和不可避免的杂质；本发明还提供了一种制备该合金棒材的方法，包括以下步骤：一、按质量百分比称取各原料，然后将所称取的原料在氩气保护下球磨混合均匀，得到混合粉末；二、压制成型，得到坯料；三、将坯料装入壳体中，抽真空后密封壳体；四、热等静压烧结，得到Ta‑Hf‑Zr‑ZrB₂合金烧结体；五、热挤压，得到Ta‑Hf‑Zr‑ZrB₂合金棒材，本发明合金棒材具有良好的高温抗氧化性能、室温塑性和抗拉强度，优异的疲劳强度、高温强度和超塑性，能够用于高温结构件。

技术领域

本发明属于合金棒材技术领域，具体涉及一种Ta-Hf-Zr-ZrB₂合金棒材及其制备方法。

背景技术

钽合金在20世纪50年代就曾作为航空航天、核工程及飞行器发动机的候选材料而被广泛研究。虽然钽合金在室温塑性、加工成形性能、耐腐蚀性和熔点等方面很诱人，但它较差的疲劳强度成为其作为高温结构材料应用的主要障碍。同时，当使用温度超过1100℃时，钽合金的抗蠕变性能显著下降。在钽中添加W、Hf、Zr等合金元素可形成合金浓度高的钽合金，其高温力学性能显著提高，并且加工性能良好，故用作高温结构材料。虽然通过添加合金化可使钽合金高温力学性能和疲劳强度得到一定程度的改善，但不能大幅提高其力学性能。因此，必须通过第二相弥散强化来克服单相钽合金的缺点，发展由陶瓷相增强的多相钽合金，并通过合金化及工艺控制，使陶瓷相微小粒子均匀弥散在钽基体上，从而使其室温力学性能、高温力学性能和疲劳强度得到显著提高，同时合金的室温塑性没有明显降低。

在公开(公告)号CN1198780A的专利中，公开了揭示了陶瓷－陶瓷和陶瓷－金属复合材料, 它含有至少两种陶瓷相和至少一种金属相。陶瓷相的至少一种是一种金属硼化物或几种金属硼化物的混合物, 另一种陶瓷相是金属氮化物、金属碳化物或金属氮化物和金属碳化物的混合物。这些复合材料可通过燃烧合成工艺来制备, 该工艺的步骤包括点燃由选自钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、铝和硅的至少一种元素或它们两种以上的混合物、选自氮化硼、碳化硼的至少一种含硼化合物或它们的混合物、一定数量的能降低点燃温度的金属所组成的混合物，其中该金属选自铁、钴、镍、铜、铝、硅、钯、铂、银、金、钌、铑、锇和铱的一种金属或它们两种以上的混合物，只要至少一种所说的元素不同于至少一种所说的金属。该工艺能更高程度地控制产物的显微结构, 并要求相对较低的压力来获得复合材料的高密度。通过在燃烧合成过程中施加机械压力可得到密度高、细晶显微结构的致密产物。该复合材料具有高的硬度、韧性、强度、耐磨性和抗断裂性能。

以上专利公开的复合陶瓷产品的制备，是通过燃烧合成工艺，并要求必须向反应物中加入一种“稀释剂”物质以降低反应的燃烧温度从而制备含有陶瓷相和金属相的致密、细晶复合材料，该陶瓷相复合材料是否能应用于棒材并未公布，并且该陶瓷相复合材料并不具备室温塑性。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ta-Hf-Zr-ZrB₂合金棒材及其制备方法，该方法提供一种热等静压烧结的方式制备Ta-Hf-Zr-ZrB₂合金棒材，该Ta-Hf-Zr-ZrB2合金棒材具有良好的高温抗氧化性能、室温塑性和抗拉强度，优异的疲劳强度、高温强度和超塑性，能够用于高温结构件，适用于棒材等。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种Ta-Hf-Zr-ZrB₂合金棒材，由以下质量百分比的原料制成：Hf 3%~9%，Zr 4%~8%，ZrB₂ 3%~7%，余量为Ta和不可避免的杂质。

上述的Ta-Hf-Zr-ZrB₂合金棒材，优选的，由以下质量百分比的原料制成：Hf 4%~8%，Zr 5%~7%，ZrB₂ 4%~6%，余量为Ta和不可避免的杂质。