[发明专利]一种铌铪钛锆钽钨合金及其制备工艺

说明书

本申请涉及一种铌铪钛锆钽钨合金及其制备工艺，取W粉、Ta粉和Nb粉，采用粉末冶金方法依次进行混粉、压制和真空烧结，再经过电子束炉至少两次熔炼制备得到Nb‑Ta‑W中间合金；在对Nb‑Ta‑W中间合金表面防氧化涂层处理，再对Nb‑Ta‑W中间合金热锻造，得到Nb‑Ta‑W中间合金方坯；采用钨极氩弧焊在Nb‑Ta‑W中间合金方坯的外侧面焊接Hf板、Ti板和Zr板，得到自耗电极；采用真空自耗熔炼法熔炼自耗电极至少三次。在保证铌铪钛锆钽钨合金化学成分均匀的同时，简化了制备工艺流程，提高了铌铪钛锆钽钨合金中低氧的控制能力以及能够精准控制铌铪钛锆钽钨合金中的成分，避免影响铌铪钛锆钽钨合金性质。

技术领域

本申请涉及铌铪钛锆钽钨合金技术领域，特别是涉及一种铌铪钛锆钽钨合金及其制备工艺。

背景技术

铌铪钛锆钽钨合金(又称C-103铌合金)是一种低强度高塑性铌合金材料，该合金材料具有优良的热挤压、热锻造性能、轧制性能和焊接性能，可用于生产加工棒、管和板带材，通常用于航天器、运载火箭、喷气推进和发动机的部件中。并且该合金具有出色的抗高频振动和低温温度的能力，适于制造液体火箭发动机喷管延伸段、轨道机动发动机、高塑性姿态控制发动机、辐射冷却推力室等高温部件。

C-103铌合金的制备一般采用真空自耗重熔的方法，需要压制自耗电极。C-103铌合金制备的难点在于，金属钨(W)、钽(Ta)、铌(Nb)属于难熔金属，熔点较高，高出钛(Ti)、锆(Zr)的熔点800℃以上。C-103铌合金中，Nb作为主要元素，含量较高，因此，含量较高的高熔点、高密度金属元素的添加，不可能直接与铪(Hf)、Ti、Zr一起压制成自耗电极。因此，W、Ta、Nb元素的添加方法成为C-103铌合金制备的关键技术。其中钨熔点3410±20℃、钽的熔点2995℃、铌的熔点2468℃、铪的熔点2227℃、锆的熔点1852℃和钛的熔点1668℃。

由于Nb-Ta中间合金相对于纯金属Nb、Ta具有较低的熔点与密度，其中熔点大小关系如下：Nb、Ta、WNb-Ta中间Ti、Zr、Hf，有利于自耗熔炼中与周围物料相对稳定地进行熔化，所以，现有技术中一般采用Nb-Ta中间合金的方法来添加Ta、Nb元素。但冶金法制备Nb-Ta中间合金，Nb-Ta中间合金相对于Ti、Zr仍具有较高的熔点与密度，会出现Nb、Ta的不熔块，容易引起合金产品中组织偏析，导致合金产品材质不均匀，即使以合金屑料的形式加入，反而存在增氧的问题，导致合金产品中低氧的控制能力差。

专利号为CN201910900330.9的中国发明专利公开的钛铌钽锆合金的制备方法中，通过粉末冶金法预先制备Ti-Nb-Ta中间合金，再将Ti-Nb-Ta中间合金和其他原料通过冶金冶炼法熔炼出成分均匀的钛铌钽锆合金铸锭，在制备Ti-Nb-Ta中间合金的过程中需要真空烧结，烧结时Ti因熔点低而极易挥发，不能精准控制Ti-Nb-Ta中间合金的成分，导致合金产品的成分改变，影响合金产品的性质。

可见，目前制备铌基合金存在合金组织偏析、材质不均匀、合金中低氧的控制能力差以及不能精准控制合金产品成分而影响合金产品性质的问题。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中，制备铌基合金存在合金组织偏析、材质不均匀、合金中低氧的控制能力差以及不能精准控制合金产品成分而影响合金产品性质的问题。提供一种铌铪钛锆钽钨合金及其制备工艺，在保证铌铪钛锆钽钨合金化学成分均匀的同时，简化了制备工艺流程，提高了铌铪钛锆钽钨合金中低氧的控制能力以及能够精准控制铌铪钛锆钽钨合金中的成分，避免影响铌铪钛锆钽钨合金性质。

一种铌铪钛锆钽钨合金制备工艺，包括以下步骤：

S10.按照质量配比取W粉、Ta粉和Nb粉，采用粉末冶金方法依次进行混粉、压制和真空烧结，烧结温度为1700℃至1900℃、保温10h至15h，再经过电子束炉至少两次熔炼制备得到Nb-Ta-W中间合金；

S20.在对所述Nb-Ta-W中间合金表面防氧化涂层处理，再对所述Nb-Ta-W中间合金热锻造，得到Nb-Ta-W中间合金方坯；