[发明专利]一种改善Nb‑Si基多元合金室温断裂韧性的方法

摘要

本发明公开一种改善Nb‑Si基多元合金室温断裂韧性的方法，属于超高温结构材料领域。本发明应用等离子旋转电极雾化法，以Nb‑Si基多元合金棒作为旋转电极，以等离子束为加热源，通过合理的旋转速度和等离子束功率参数设置，在真空条件下制备具有微米‑亚微米级相尺寸的Nb‑Si基多元合金粉末。再以该粉末为原料，应用放电等离子技术烧结制备出组织均匀致密的Nb‑Si基多元合金锭，显微组织由微米‑亚微米级的NbSS固溶体和Nb5Si3强化相两相组成。本发明通过等离子旋转电极雾化技术和放电等离子烧结技术相结合，细化了Nb‑Si基多元合金组织，使Nb‑Si基多元合金中NbSS固溶体相的室温断裂式由传统凝固条件下的解理型断裂转变成延性的韧窝型断裂，大幅改善了Nb‑Si基多元合金的室温断裂韧性。该细化Nb‑Si基多元合金组织的制备方法实用性较强。

主权项

一种改善Nb‑Si基多元合金室温断裂韧性的方法，其特征在于，所述的Nb‑Si基多元合金成分以原子百分比计为Nb‑16Si‑24Ti‑2Cr‑2Al、Nb‑18Si‑24Ti‑2Cr‑2Al、Nb‑20Si‑24Ti‑2Cr‑2Al、Nb‑22Si‑24Ti‑2Cr‑2Al中的一种，所述方法包括以下步骤：(1)以一定原子比的Nb‑Si基多元合金元素为合成原料，制备Nb‑Si基多元合金棒；(2)将Nb‑Si基多元合金棒固定在等离子旋转电极设备的装样室，密封装置抽真空后充入保护气体进行气氛保护；(3)设定等离子枪功率、等离子弧电流和电极棒转速工艺参数，让等离子枪扫描高速旋转的Nb‑Si基多元合金棒料端部使其熔化，在离心力作用下熔化体雾化成液滴飞射出去，同时在惰性气体中冷却，液滴凝固成球形粉末颗粒，具体的参数为：等离子枪功率200kW，等离子枪起弧电流180A，等离子枪工作电压48V，电极棒转速15000m/min；(4)利用放电等离子烧结炉，在一定的热压温度、压力和保压时间下对所得的球形粉末颗粒进行烧结，使致密化过程在极短时间内完成，烧结完成后试样随炉冷却，得到粉末冶金块体试样，烧结参数：热压温度1300℃，压力50MPa，保压时间5min；(5)将上述所制得粉末冶金块体试样与非自耗真空电弧熔炼所制得的铸态试样用线切割机床切取单边缺口三点弯曲试样；在室温下利用电子万能试验机对试样进行三点弯曲试验，计算出断裂韧性，并取平均值；(6)利用扫描电子显微镜观察试样的组织形貌和断形貌口，比较粉末冶金合金与铸态合金的室温断裂韧性的差异。