[发明专利]一种稀土微合金化的Mo-Ti-Si-B-Y超高温材料及其制备方法

说明书

本发明属于难熔金属和超高温材料技术领域，具体公开了一种稀土微合金化的Mo‑Ti‑Si‑B‑Y超高温材料及其制备方法，该超高温材料的组成按照原子百分比计为：35％～45％的Ti，15％～20％的Si，8％～10％的B，0.2％～1.0％的Y，以及余量的Mo。本发明使用少量稀土Y元素对Mo‑Ti‑Si‑B合金进行微合金化后，该合金在800℃温度附近氧化时可形成稳定致密的Y‑Mo‑O保护层，有效抑制了主要氧化产物MoO₃的升华，使其抗氧化性能获得了本质提升，突破了该类合金氧化问题的应用瓶颈，为新型超高温材料的优化设计提供了依据。

技术领域

本发明属于难熔金属和超高温材料技术领域，更具体地，涉及一种稀土微合金化的Mo-Ti-Si-B-Y超高温材料及其制备方法。

背景技术

高温结构材料对航空航天、能源电力、国防军事等领域的发展具有重要作用。例如，提高航空发动机热端部件材料的承温能力可有效改善发动机能量转换效率、增加飞机推重比、降低温室气体排放量等。因此，开发新型超高温结构材料具有重要战略意义。

作为一类新型的超高温材料，Mo-Ti-Si-B合金以其高熔点、高稳定性、低密度、高强度、高蠕变抗力等优势备受关注。但由于该合金的主要氧化产物MoO₃在中高温区域极易升华，而保护性氧化产物SiO₂·B₂O₃只有在更高的温度下才能通过黏性流动均匀覆盖合金表面，氧化产物的上述理化特性导致该合金在800℃附近的中温区域抗氧化性能最差，易出现严重的氧化损失。该合金的中温氧化问题严重制约了其发展和实际应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种稀土微合金化的Mo-Ti-Si-B-Y超高温材料及其制备方法，旨在解决现有Mo-Ti-Si-B超高温材料在中温区域抗氧化性能差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种稀土微合金化的Mo-Ti-Si-B-Y超高温材料，该超高温材料的组成按照原子百分比计为：35％～45％的Ti，15％～20％的Si，8％～10％的B，0.2％～1.0％的Y，以及余量的Mo。

优选地，所述超高温材料的组成中，Mo、Ti、Si、B元素的原子比为3:4:2:1。

按照本发明的另一方面，提供了一种上述稀土微合金化的Mo-Ti-Si-B-Y超高温材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、以纯金属和非金属单质为原料，按照设计的超高温材料的组成对所述原料进行称量配比；

S2、通过真空电弧熔炼制备获得Mo-Ti-Si-B-Y合金锭。

优选地，步骤S1中，所述原料包括纯度为99.95wt.％的Mo条、纯度为99.995wt.％的Ti片、纯度为99.999wt.％的Si块、纯度为99.9wt.％的B粒和纯度为99.9wt.％的Y块。

优选地，步骤S2具体为：先通过真空电弧熔炼制备获得Mo-Ti预合金锭，再分别加入Si、B进行真空电弧熔炼，最后加入Y进行真空电弧熔炼，获得Mo-Ti-Si-B-Y合金锭。

优选地，每次熔炼前后检测合金中各元素的质量变化，对质量损失的元素进行补足后再次熔炼，直至得到的合金锭中各元素质量满足设计的超高温材料的组成比例。

优选地，所述真空电弧熔炼具体操作为：将待熔炼材料放入真空电弧熔炼炉中，抽真空至真空度为3×10^-3Pa～5×10^-3Pa，通入0.05MPa保护气体，再开始电弧熔炼，熔炼结束后冷却。

优选地，所述真空电弧熔炼过程中，待熔炼后的合金熔体冷却后对其翻面，再继续进行电弧熔炼，每次在合金原料完全熔化后保持一段时间，如此重复熔炼至少4次。