一种高强韧性钼合金及其制备方法

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种纳米bn与max相协同调控钼合金高温强韧性的方法。

背景技术：

1、钼及其合金因具有高抗磨损性能，高导电导热性能，高耐腐蚀性能，以及低的热膨胀系数和抗辐照肿胀性能，已在电子电力设备制造业、航天航空、国防工业、核工业等诸多领域中得到广泛应用。但是，其室温脆性和高温强度降低的问题制约了其作为高温结构材料的工业应用。

2、现有技术已通过合金化的方式对钼的室温脆性和高温强度降低的问题开展了大量的工作，并对其在特定温度下的强度和延性调控取得了显著进展，特别对材料的加工性能改善显著，对高温性能也起到了良好的辅助作用。

3、但是，钼合金若要具有较好的加工性，其固溶、弥散掺杂量不能太高；钼合金若要在高温下长周期使用，其需要有更多的弥散相钉扎位错和抑制晶粒长大。因此，中低温的加工性能和高温的服役性能之间无法兼顾，已经成为制约钼及其合金材料高温应用的主要障碍。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种在改善钼合金中低温加工特性和高温强度基础上，利用纳米bnnss“非相变层状结构”和max相“可相变层状结构”材料相结合共同作为增强相，在中低温下显著增强钼合金强韧性，而在高温下利用max相的可相变特征，实现对钼合金中低温加工性能和高温强韧性协同调控高强韧性钼合金及其制备方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、1)合金粉末制备

4、首先，按质量百分比取1～15％的max相材料mo2tialc2、0.3～0.9％的bnnss，余量为纯钼，然后按mo、max相材料、mo、bnnss的顺序分段循环加入球磨机中，在ar气环境下球磨得到具有均匀细小亚微米级显微组织以及mo/max/mo/bnnss的层状结构，然后真空下烘干制得合金粉末；

5、2)压型与烧结

6、在180～240mpa的压制压力下将合金粉末在压片机或冷等静压机上模压，压制时间为≤40min，然后放入95％ar+5％h2烧结炉中，在1800～1900℃烧结8～10h，制得合金制品；

7、3)塑性加工与热处理

8、将合金制品在1300-1650℃热锻，通过调整磨具或轧板的间隙在20-30分钟进行多道次加工，使合金制品的最终变形量为80-90％，然后将变形后的样品在真空度10-3pa以下，于800～1000℃热处理40-60min。

9、所述的纯钼为2～5μm。

10、所述的步骤1)的球磨机采用转速为300～500r/min的高能球磨机，球磨时间为4～10h。

11、按以上制备方法制得的高温强韧性钼合金，该钼合金室温屈服强度为580-730mpa，抗拉强度为830-980mpa，延伸率为28-45％，高温屈服强度为330-390mpa，高温抗拉强度为480-550mpa。

12、本发明将bnnss作为mo的增强相，并结合层状结构max相的增韧作用和bnnss的增强作用，并且有效利用bnnss的层状分布而不是随机分布，max的层状分布，将导致裂纹在扩展过程中桥接、偏转和分支。所有这些都提高了其抗裂纹扩展能力，从而使其具有比纯mo更高的韧性。而在高温时，因为bnnss的热稳定性能保持原有的状态，而max相晶格的失稳倾向于释放a位原子，同时发生了六方晶格向立方晶格的转变产生碳化物增强相，a位原子固溶在钼合金基体中进一步达到高温强化的目的，从而解决钼合金强韧冲突的问题。

13、本发明采用以上技术方案，其具有以下有益效果：

14、1、高能球磨过程采用分段循环加入的方式，实现均匀细小的显微组织以及mo/max/mo/bnns的层状结构的制备。

15、2、通过结合bnns和max相的性能和结构优势以及压型烧结工艺控制、塑性加工和热处理，实现钼合金高温强度和室温塑性的平衡。

16、3、本发明调控钼的强韧性方法，为强韧化其他合金提供条件，可应用于其他难熔金属，如w\ta\nb等。

技术特征：

1.一种高强韧性钼合金的制备方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的高强韧性钼合金的制备方法，其特征在于：所述的纯钼为2～5μm。

3.根据权利要求1所述的高强韧性钼合金的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)的球磨机采用转速为300～500r/min的高能球磨机，球磨时间为4～10h。

4.一种如权利要求1-3所述制备方法制得的高温强韧性钼合金，其特征在于：该钼合金室温屈服强度为580-730mpa，抗拉强度为830-980mpa，延伸率为28-45％，高温屈服强度为330-390mpa，高温抗拉强度为480-550mpa。

技术总结
一种高强韧性钼合金及其制备方法。本发明将BNNSs作为Mo的增强相，结合层状结构MAX相的增韧和增强作用，并有效利用BNNSs的层状分布而不是随机分布，MAX的层状分布，将导致裂纹在扩展过程中桥接、偏转和分支。所有这些都提高了其抗裂纹扩展能力，从而使其在室温具有比纯Mo更高的韧性，更好的加工性能。而在高温时，因为BNNSs的热稳定性能保持原有的状态，而MAX相晶格的失稳倾向于释放A位原子，同时发生了六方晶格向立方晶格的转变产生碳化物增强相，A位原子固溶在钼合金基体中进一步达到高温强化的目的，从而解决钼合金强韧冲突的问题。

技术研发人员：孙院军,柏小丹,陈璇,张茜茜,丁向东,郭天予,孙军
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13