專利名稱：一種抗低溫氧化的二硅化鉬基合金及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于結構材料技術領域，尤其是涉及一種抗低溫氧化的二硅化鑰基合金及其制備工藝。
背景技術：
金屬間化合物二硅化鑰(MoSi2)以其較高的熔點(2030°C )、良好的高溫抗氧化性等優勢而被認為是繼Ni基超合金、TiAl基化合物和結構陶瓷之后出現的極具競爭力的高溫(1200 1600°C)結構候選材料。MoSi2電熱元件在空氣中的最高使用溫度已經達到1800°C。但是，室溫韌性差、高溫易蠕變以及低溫粉化瘟疫現象(Pest)三大缺陷嚴重限制了其作為結構材料的實用化進程。Pest氧化現象，即在某一特定溫度范圍內結構快速發生災難性破壞，同時伴隨有加速內氧化過程的行為，Pest現象是1955年Fitzer在研究MoSi2的低溫氧化過程中首先發現并命名。他們發現盡管MoSi2在·1500°C以上的高溫環境下具有良好的抗氧化性能，但是在低溫MoSi2表現出災難性粉化行為，甚至在空氣氣氛中暴露幾分鐘就可以完全粉化，這種現象非常類似于錫的低溫粉化(tin pest),因而Fitzer把MoSi2的低溫粉化現象稱之為Pest0隨后Westbrook總結了自1899年以來的文獻資料,發現不僅MoSi2存在Pest現象，包括NbSi2在內的許多硅化物和鋁化物都存在Pest現象。自從Fitzer 發現 MoSi2 低溫“Pest” 現象之后，Fitzer> Meschter 和 Chou 等眾多的學者對MoSi2低溫“Pest”機理及防止方法進行了深入的研究，有關“Pest”現象出現了多種解釋，至今還未得到定論。但是，大量的研究表明無裂紋、無空隙并且致密度>98%的材料可以避免“Pest”現象的發生。Westbrook認為“Pest”是由于氧在晶界的偏析和沿晶界的擴散，引起晶界脆化和沿晶裂紋所致。KuiOkawa等認為裂紋、孔洞和SiO2夾雜是影響材料發生加速氧化的主要因素，Kuchino具體研究了火花等離子燒結材料的氧化特性，認為晶界的SiO2S氧的進入提供了方便的通道，通過原位合成致密的(99%)MoSi2*因含有很少量的SiO2，表現出良好的低溫抗氧化性。NbSi2同樣具有Pest現象,1961年Rausch講行了首次報道，其后Pitman、Kurokawa、Murakam1、張芳等先后對其講對丁7深入石開究。Pitman和Murakami先后證實NbSi。在1023K存在嚴重的Pest王見象,通.1寸添力口 Cr可以有效吿l| Pest王見象的發牛.Kurokawa認為％51在1073K及以上溫度表現出明顯的加速氧化行為；張芳等認為含有大暈微裂紋的電弧熔煉多晶樣品在1023K經3h氧化后完全粉化，而單晶和SPS多晶樣品經過89h后依然完整，但其氧化動力學曲線呈線性規律，氧化產物為疏松的Nb2(^和SiO2,因而其Pest現象是本征無保護條件下氧元素與基體元素肓接反應的過程。目前對MoSi2講行改件的一備重要涂徑是添加第三種元素(Nb、W、Al、T1、Cr、B、Ta、La等)合金化，盡管力學性能有所提高，但還缺少關于Nb、W、T1、Cr等合金化MoSi2材料抗低溫加速氧化的技術，因而有必要開展相關工作。

發明內容
本發明的目的在于提供一種抗低溫氧化的二硅化鑰基合金及其制備工藝，可以有效抑制低溫加速氧化現象的發生，提高二硅化鑰合金使用的可靠性，并且工藝簡單。本發明抗低溫氧化的二硅化鑰基合金化學表達式為(Mo^ziNJ Si”其中X處于O
O.5的范圍之內，N為Nb、W、T1、Cr中的一種元素，合金表面具有一層保護膜。本發明的工藝為:a.將二硅化鑰基合金表面用800-2000號金相砂紙磨光;b.將磨光的二硅化鑰基合金在空氣或氧氣等氧化性氣氛中于1000 1500°C高溫燒結10 120分鐘，使材料表面自生形成一層致密的保護膜。與已有技術相比，本發明充分結合實際工況，并利用了二硅化鑰基合金的本征特性，即二硅化鑰基合金具有良好的高溫抗氧化性。本發明通過高溫作用使二硅化鑰基合金表面自生形成一層薄的、致密的、粘結良好的保護膜，該保護膜成為低溫氧化時氧的阻擋層，從而使得該二硅化鑰基合金具有良好的抗低溫氧化性能。本發明針對性強、工藝簡單、無需特殊設備、成本低、可以有效抑制二硅化鑰基合金的低溫粉化現象，具有廣泛的實用價倌。


圖1為本發明抗低溫氧化的二硅化鑰基合金經13個循環共312小時低溫氧化后的微觀形貌，可以看出，本發明材料表面具有一層保護膜，經低溫氧化后保護膜依然完整，沒有發生剝落、開裂、粉化等現象。
具體實施例方式實施例1.將二硅化鑰基合金MoSL用800號金相砂紙磨光，在空氣氣氛中于1000°C高溫燒結120分鐘，使材料表面自生形成一層致密的保護膜。經40(TC循環氧化，保持完好，表明其具有良好的抗低溫氧化特性。實施例2.將二娃化鑰基合金(Mcy97迎。.(P)Si2用1000號金相砂紙磨光，在空氣氣氛中于Iiocrc高溫燒結100分鐘，使材料表面自生形成一層致密的保護膜。經500°c循環氧化，保持完好，表明其具有良好的抗低溫氧化特性。實施例3.將二硅化鑰基合金(Mo^Nb”) Si,用1200號金相砂紙磨光，在空氣氣氛中于1200°C高溫燒結80分鐘，使材料表面自生形成一層致密的保護膜。經600°C循環氧化，保持完好，表明其具有良好的抗低溫氧化特性。實施例4.將二硅化鑰基合金(Mo^Nb”) Si,用1500號金相砂紙磨光，在空氣氣氛中于1300°C高溫燒結60分鐘，使材料表面自生形成一層致密的保護膜。經700°C循環氧化，保持完好，表明其具有良好的抗低溫氧化特性。實施例5.將二娃化鑰基合金(Mo。. 7。迎。.3。) Si2用2000號金相砂紙磨光，在氧氣氣氛中于1400°C高溫燒結30分鐘，使材料表面自生形成一層致密的保護膜。經750°C循環氧化，保持完好， 表明其具有良好的抗低溫氧化特性。實施例6.將二娃化鑰基合金(Mo。. 5。迎。.5。) Si2用2000號金相砂紙磨光，在氧氣氣氛中于1500°C高溫燒結10分鐘，使材料表面自生形成一層致密的保護膜。經800°C循環氧化，保持完好，表明其具有良好的抗低溫氧化特性。—實施例7._將二娃化鑰基合金(Moa5ciIa5ci)Sj^用1500號金相砂紙磨光,在氧氣氣氛中于1400°C高溫燒結50分鐘，使材料表面自生形成一層致密的保護膜。經500°C恒溫氧化，保持完好，表明其具有良好的抗低溫氧化特性。實施例8.將二娃化鑰基合金(Mcy97IaciJ Sj^用800號金相砂紙磨光，在氧氣氣氛中于1100°C高溫燒結30分鐘，使材料表面自生形成一層致密的保護膜。經450°C循環氧化，保持完好，表明其具有良好的抗低溫氧化特性。實施例9.將二硅化鑰基合金(Mcy^Ti，) Si,用2000號金相砂紙磨光，在空氣氣氛中于1200°C高溫燒結100分鐘，使材料表面自生形成一層致密的保護膜。經550°C循環氧化，保持完好，表明其具有良好的抗低溫氧化特性。實施例10.將二硅化鑰基合金(Mo-Ti^)Si2用2000號金相砂紙磨光，在空氣氣氛中于1100°c高溫燒結120分鐘，使材料表面自生形成一層致密的保護膜。經450°C恒溫氧化，保持完好，表明其具有良好的抗低溫氧化特性。實施例11.將二硅化鑰基合金(Mo”Cr，)Si2用1200號金相砂紙磨光，在空氣氣氛中于1300°C高溫燒結2 0分鐘，使材料表面自生形成一層致密的保護膜。經650°C循環氧化，保持完好，表明其具有良好的抗低溫氧化特性。實施例12.將二硅化鑰基合金(Mo-Cr^)Si2M 1500號金相砂紙磨光，在空氣氣氛中于1400°C高溫燒結10分鐘，使材料表面自生形成一層致密的保護膜。經350°C氧化，保持完好，表明其具有良好的抗低溫氧化特性。
權利要求
1.一種抗低溫氧化的二硅化鑰基合金，其特征在于二硅化鑰基合金化學表達式為(McvxNx) Si2，其中X處于O O. 5的范圍之內； 所述的(McvxNx)Si2中N為Nb、W、T1、Cr中的一種元素； 所述的(McvxNx)Si2合金表面有一層抗低溫氧化性能的保護膜。
2.—種權利要求1所述抗低溫氧化的二硅化鑰基合金制備工藝，其特征在于，工藝步驟如下 a.將二娃化鑰基合金表面用800-2000號金相砂紙磨光； 所述的二硅化鑰基合金化學表達式為(McvxNx) Si2，其中X處于O O. 5的范圍之內；所述的(McvxNx)Si2中N為Nb、W、T1、Cr中的一種元素； b.將磨光的二硅化鑰基合金在氧化性氣氛中于1000 1500°C高溫燒結10 120分鐘，使材料表面自生形成一層致密的保護膜。
3.根據權利要求2所述的工藝，其特征在于，所述的氧化性氣氛為空氣或氧氣。
全文摘要
一種抗低溫氧化的二硅化鉬基合金及其制備工藝，屬于抗氧化結構材料技術領域。抗低溫氧化的二硅化鉬基合金化學表達式為(Mo1-xNx)Si2，其中X處于0～0.5的范圍之內，N為Nb、W、Ti、Cr中的一種元素，合金表面具有一層保護膜。將二硅化鉬基合金表面磨光，然后把二硅化鉬基合金放在空氣等氧化性氣氛中于1000～1500℃高溫燒結10～120分鐘，使表面自生形成一層致密的保護膜。優點在于，通過高溫使合金表面自動生成一層薄的、致密的、粘結良好的保護膜，該保護膜成為低溫氧化時氧的阻擋層，從而使得該二硅化鉬基合金具有良好的抗低溫氧化性能。本發明針對性強、工藝簡單、無需特殊設備、成本低、可以有效抑制二硅化鉬基合金的低溫粉化現象，具有廣泛的實用價值。
文檔編號C22C29/18GK103060654SQ20131004077
公開日2013年4月24日 申請日期2013年2月2日 優先權日2013年2月2日
發明者馮培忠, 蘇健, 王曉虹, 孫智, 牛繼南, 強穎懷 申請人:中國礦業大學