專利名稱：一種Mo-Si-B-W多相復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種Mo-Si-B-W多相復合材料及其制備方法。
背景技術：
高性能飛行器的發展有賴于先進發動機與之匹配。現代的航空航天發動機不僅推力大，而且推重比不斷提高。隨著發動機推力和效率的提高，發動機的渦輪進口溫度需不斷提高。在渦輪發動機部件中，渦輪葉片的工作條件最為苛刻，要在1000°c以上高溫和腐蝕環境中承受高的應力，而且還要求使用壽命長，這就要求渦輪葉片材料具有高的抗蠕變性能， 良好的抗腐蝕性能，高的高溫持久強度、斷裂韌性和疲勞性能等。目前在燃氣渦輪發動機應用的鎳基和鈷基高溫合金材料已經達到了其最高使用溫度極限。未來的航空發動機要求其熱端關鍵部件在1100°C以上的高溫和復雜負荷條件下長期使用，因此傳統的鎳基和鈷基高溫合金已不能滿足下一代高性能的先進發動機的需求。Mo-Si-B復合材料由原位自生的金屬間化合物T2 (Mo5SiB2) ,Mo3Si和Moss (鉬固溶體)復合構成。強化相T2 (Mo5SiB2)、Mo3Si提高了 Mo-Si-B復合材料高溫蠕變強度并且在金屬表面形成硼硅化合物抗氧化層。Moss和Mo5Si&、Mo3Si在較大的溫度范圍和較寬的成分范圍內能穩定共存，有較好的界面相容性和熱力學穩定性。Mo-Si-B復合材料具有良好的抗氧化性、較高的室溫斷裂韌性和極高的高溫強度，被認為是最有開發應用前景的下一代超高溫結構材料之一受到了極大的關注。然而Mo-Si-B復合材料的鍛造和擠壓溫度高達 1760°C，阻礙了它的應用。目前，真空電弧熔煉-鑄造法是制備Mo-Si-B復合材料常用的方法，利用這種方法，所得材料的鑄態組織由樹枝狀的初生Moss和Mo3Si組成。由于Mo3Si處于亞穩平衡態，因此鑄態材料常要進行1500°C /IOOh的熱處理。而且，為了使初生Moss樹枝晶孤立細化并消除材料中的鑄造缺陷，熱處理的材料還要進行熱擠壓處理，這種方法存在能耗高、周期長等不足。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種在1400°C抗拉強度為400MPa 460MPa，拉伸延伸率最高可達400%的Mo-Si-B-W多相復合材料。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種Mo-Si-B-W多相復合材料， 其特征在于，由以下原子百分比的原料制成硅5% 25%，鎢 10%，硼5% 30%， 余量為鉬；所述硅的質量純度不小于98%，鎢的質量純度不小于99%，硼的質量純度不小于99 %，鉬的質量純度不小于99 %。上述的一種Mo-Si-B-W多相復合材料，由以下原子百分比的原料制成硅7% 15%，鎢2% 6%，硼6% 15%，余量為鉬。上述的一種Mo-Si-B-W多相復合材料，由以下原子百分比的原料制成硅9%，鎢 3%，硼8%，余量為鉬。
上述的一種Mo-Si-B-W多相復合材料，所述硅為粒徑不大于8 μ m的硅粉，鎢為粒徑不大于9 μ m的鎢粉，硼為粒徑不大于7 μ m的硼粉，鉬為粒徑不大于6 μ m的鉬粉。本發明還提供了一種Mo-Si-B-W多相復合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、按原子百分比稱取原料，然后將稱取的原料置于球磨機中，采用濕法球磨將原料混合均勻，得到漿料；步驟二、將步驟一中所述漿料在真空條件下烘干，然后將烘干后的漿料研碎得到混合粉料；步驟三、將步驟二中所述混合粉料在真空度不大于lX10_2Pa，溫度為1500°C 1600°C，壓力為30MPa 60MPa的條件下保溫燒結0. 5h 2h，隨爐冷卻得到Mo-Si-B-W多相復合材料。上述步驟一中所述濕法球磨混合過程中以無水乙醇為分散劑，無水乙醇的用量為原料總體積的1 2倍。上述步驟一中所述球磨機為行星式球磨機，球磨機的轉速為200rpm 300rpm，球料比為5 8 1，球磨時間為20h Mh。上述步驟二中所述烘干的溫度為80°C 90°C。本發明與現有技術相比具有以下優點1、本發明采用機械合金和熱壓燒結制備Mo-Si-B復合材料，這種方法具有能耗低、周期短等優點，該方法將鎢粉引入到Mo-Si-B復合材料體系中，從而提高材料的高溫強度，提高材料使用的可靠性。2、采用本發明的方法制備的Mo-Si-B-W復合材料具有均勻，細小的微觀組織，很高的高溫強度和良好的超塑性，在1400°C抗拉強度為400MPa 460MPa，拉伸延伸率最高可達400%，為Mo-Si-B復合材料的近凈成形開拓了新的途徑。下面通過實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
具體實施例方式實施例1本實施例的Mo-Si-B-W多相復合材料，由以下原子百分比的原料制成硅11%，鎢 9%，硼16%，余量為鉬；所述硅的質量純度不小于98%，鎢的質量純度不小于99%，硼的質量純度不小于99 %，鉬的質量純度不小于99% ；所述硅為粒徑不大于8 μ m的硅粉，鎢為粒徑不大于9 μ m的鎢粉，硼為粒徑不大于7 μ m的硼粉，鉬為粒徑不大于6 μ m的鉬粉。本實施例的復合材料的制備方法包括以下步驟步驟一、按原子百分比稱取原料，然后將稱取的原料置于行星式球磨機中，以無水乙醇為分散劑，在球磨機的轉速為200rpm，球料比為8 1的條件下球磨混合Mh，得到漿料；所述無水乙醇的用量為原料總體積的1倍；步驟二、將步驟一中所述漿料在溫度為80°C的真空條件下烘干，然后置于瑪瑙研缽中反復研碎，得到混合粉料；步驟三、將步驟二中所述混合粉料在真空度為lX10_2Pa，溫度為1500°C，壓力為 30MPa的條件下保溫燒結lh，隨爐冷卻得到Mo-Si-B-W多相復合材料。
本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復合材料在1400°C的抗拉強度為460MPa，拉伸延伸率為110%。實施例2本實施例與實施例1相同，其中不同之處在于=Mo-Si-B-W多相復合材料由以下原子百分比的原料制成硅5%，鎢10%，硼30%，余量為鉬。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復合材料在1400°C的抗拉強度為430MPa，拉伸延伸率為180%。實施例3本實施例與實施例1相同，其中不同之處在于=Mo-Si-B-W多相復合材料由以下原子百分比的原料制成硅15%，鎢6%，硼10%，余量為鉬。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復合材料在1400°C的抗拉強度為435MPa，拉伸延伸率為165%。實施例4本實施例的Mo-Si-B-W多相復合材料，由以下原子百分比的原料制成硅7%，鎢 2%，硼15%，余量為鉬；所述硅的質量純度不小于98%，鎢的質量純度不小于99%，硼的質量純度不小于99%，鉬的質量純度不小于99% ；所述硅為粒徑不大于8μ m的硅粉，鎢為粒徑不大于9 μ m的鎢粉，硼為粒徑不大于7 μ m的硼粉，鉬為粒徑不大于6 μ m的鉬粉。本實施例的復合材料的制備方法包括以下步驟步驟一、按體積百分比稱取原料，然后將稱取的原料置于行星式球磨機中，以無水乙醇為分散劑，在球磨機的轉速為300rpm，球料比為5 1的條件下球磨混合20h，得到漿料；所述無水乙醇的用量為原料總體積的2倍；步驟二、將步驟一中所述漿料在溫度為90°C的真空條件下烘干，然后置于瑪瑙研缽中反復研碎，得到混合粉料；步驟三、將步驟二中所述混合粉料在真空度為lX10_3Pa，溫度為1600°C，壓力為 60MPa的條件下保溫燒結0. 5h，隨爐冷卻得到Mo-Si-B-W多相復合材料。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復合材料在1400°C的抗拉強度為455MPa，拉伸延伸率為105%。實施例5本實施例與實施例4相同，其中不同之處在于=Mo-Si-B-W多相復合材料由以下原子百分比的原料制成硅25%，鎢1%，硼5%，余量為鉬。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復合材料在1400°C的抗拉強度為400MPa，拉伸延伸率為120%。實施例6本實施例與實施例4相同，其中不同之處在于=Mo-Si-B-W多相復合材料由以下原子百分比的原料制成硅15%，鎢6%，硼6%，余量為鉬。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復合材料在1400°C的抗拉強度為420MPa，拉伸延伸率為189%。實施例7本實施例的Mo-Si-B-W多相復合材料，由以下原子百分比的原料制成硅9%，鎢
53 %，硼8 %，余量為鉬；所述硅的質量純度不小于98 %，鎢的質量純度不小于99 %，硼的質量純度不小于99%，鉬的質量純度不小于99% ；所述硅為粒徑不大于8μ m的硅粉，鎢為粒徑不大于9 μ m的鎢粉，硼為粒徑不大于7 μ m的硼粉，鉬為粒徑不大于6 μ m的鉬粉。本實施例的復合材料的制備方法包括以下步驟步驟一、按體積百分比稱取原料，然后將稱取的原料置于行星式球磨機中，以無水乙醇為分散劑，在球磨機的轉速為250rpm，球料比為6 1的條件下球磨混合22h，得到漿料；所述無水乙醇的用量為原料總體積的1. 5倍；步驟二、將步驟一中所述漿料在溫度為85°C的真空條件下烘干，然后置于瑪瑙研缽中反復研碎，得到混合粉料；步驟三、將步驟二中所述混合粉料在真空度為lX10_2Pa，溫度為1550°C，壓力為 45MPa的條件下保溫燒結2h，隨爐冷卻得到Mo-Si-B-W多相復合材料。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復合材料在1400°C的抗拉強度為460MPa，拉伸延伸率為400%。實施例8本實施例與實施例7相同，其中不同之處在于=Mo-Si-B-W多相復合材料由以下原子百分比的原料制成硅10%，鎢5%，硼10%，余量為鉬。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復合材料在1400°C的抗拉強度為440MPa，拉伸延伸率為280% ο實施例9本實施例與實施例7相同，其中不同之處在于=Mo-Si-B-W多相復合材料由以下原子百分比的原料制成硅8%，鎢4%，硼6%，余量為鉬。本實施例制備的Mo-Si-B-W多相復合材料在1400°C的抗拉強度為437MPa，拉伸延伸率為320% ο以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明做任何限制，凡是根據發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種Mo-Si-B-W多相復合材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成硅 5% 25%，鎢 10%，硼5% 30%，余量為鉬；所述硅的質量純度不小于98%，鎢的質量純度不小于99%，硼的質量純度不小于99%，鉬的質量純度不小于99%。
2.根據權利要求1所述的一種Mo-Si-B-W多相復合材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成硅7% 15%，鎢2% 6%，硼6% 15%，余量為鉬。
3.根據權利要求2所述的一種Mo-Si-B-W多相復合材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成硅9%，鎢3%，硼8%，余量為鉬。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種Mo-Si-B-W多相復合材料，其特征在于，所述硅為粒徑不大于8 μ m的硅粉，鎢為粒徑不大于9 μ m的鎢粉，硼為粒徑不大于7 μ m的硼粉，鉬為粒徑不大于6μπι的鉬粉。
5.一種制備如權利要求1至3中任一權利要求所述Mo-Si-B-W多相復合材料的方法， 其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、按原子百分比稱取原料，然后將稱取的原料置于球磨機中，采用濕法球磨將原料混合均勻，得到漿料；步驟二、將步驟一中所述漿料在真空條件下烘干，然后將烘干后的漿料研碎得到混合粉料；步驟三、將步驟二中所述混合粉料在真空度不大于lX10_2Pa，溫度為1500°C 1600°C，壓力為30MPa 60MPa的條件下保溫燒結0. 5h 2h，隨爐冷卻得到Mo-Si-B-W多相復合材料。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，步驟一中所述濕法球磨混合過程中以無水乙醇為分散劑，無水乙醇的用量為原料總體積的1 2倍。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，步驟一中所述球磨機為行星式球磨機，球磨機的轉速為200rpm 300rpm，球料比為5 8 1，球磨時間為20h Mh。
8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，步驟二中所述烘干的溫度為80°C 90°C。
全文摘要
本發明公開了一種Mo-Si-B-W多相復合材料，由以下原子百分比的原料制成硅5％～25％，鎢1％～10％，硼5％～30％，余量為鉬；所述硅的質量純度不小于98％，鎢的質量純度不小于99％，硼的質量純度不小于99％，鉬的質量純度不小于99％。本發明還公開了Mo-Si-B-W多相復合材料的制備方法。該方法采用機械合金和熱壓燒結制備Mo-Si-B復合材料，具有能耗低、周期短等優點，將鎢粉引入到Mo-Si-B復合材料體系，從而提高材料的高溫強度，提高材料使用的可靠性。采用本發明的方法制備的復合材料具有均勻，細小的微觀組織，在1400℃抗拉強度為400MPa～460MPa，拉伸延伸率最高可達400％。
文檔編號C22C27/04GK102424928SQ201110396359
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月3日 優先權日2011年12月3日
發明者劉輝, 喻吉良, 張建軍, 李中奎, 王東輝, 王暉, 鄭欣 申請人:西北有色金屬研究院