一种Nb‑Si‑Ti‑B‑Al‑Cr复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Nb‑Si‑Ti‑B‑Al‑Cr复合材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成：Si 6％～20％，Ti 3％～25％，B 1％～10％，Al 3％～15％，Cr 2％～10％，余量为Nb和不可避免的杂质。另外，本发明专利技术还公开了制备该Nb‑Si‑Ti‑B‑Al‑Cr复合材料的方法，该方法为：一、将硅粉、钛粉、硼粉、铝粉、铬粉和铌粉置于球磨机中混合均匀，烘干后粉碎得到混合粉料；二、将混合粉料置于热压烧结炉进行热压烧结，得到Nb‑Si‑Ti‑B‑Al‑Cr复合材料。本发明专利技术Nb‑Si‑Ti‑B‑Al‑Cr复合材料具有高强度、高韧性和高温抗氧化的特点，能够应用于1200℃的空气环境中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料制备
，具体涉及一种Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合材料 及其制备方法。
技术介绍
难熔金属因具有高熔点、高强度、良好的室温塑性、耐蚀性和易于加工成形等优点 已在航空、航天、核工业等高温环境中得到了应用，是最重要的超高温结构材料之一。然而， 难熔金属材料高温氧化限制了其应用，这是由于难熔金属在超高温恶劣环境服役过程中， 最主要损坏形式是氧化，目前还没有找到一种特别有效的解决方法，而且对其氧化机理尚 不明确；同时高温抗氧化要求限制了材料组分和微结构的设计自由度。另外，难熔金属在超 高温极端环境下的长时间动态热/力耦合载荷条件下，经历了热冲击或长时间热疲劳的综 合作用，材料自身已有的强韧化机制在高温服役下可能失去了作用。因此，传统的单相难熔 金属材料不能满足超高温恶劣环境使用的要求，成为制约航空航天技术发展的瓶颈。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种 Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合材料，该Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合材料在室温条件下的抗拉强度为 430MPa~565MPa，断裂韧性为14MPa·m1/2~22MPa·m1/2,在1200°C空气环境中氧化100h 后材料损失只有〇. 〇79mg/cm2~0. 038mg/cm2,具有高强度、高韧性和高温抗氧化的特点，能 够应用于1200°C的空气环境中。 为解决上述技术问题，本专利技术米用的技术方案是：一种Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合 材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成：Si6%~20%，Ti3%~25%，B1%~ 10%，A1 3%~15%，Cr2%~10%，余量为Nb和不可避免的杂质。 上述的一种Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料 制成：Si10%~17%，Ti8%~22%，B3%~7%，A1 5%~7%，Cr4%~6%，余量为Nb 和不可避免的杂质。 上述的一种Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料 制成：Si15%，Ti15%，B4%，A1 6%，Cr5%，余量为Nb和不可避免的杂质。 另外，本专利技术还提供了一种制备上述Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合材料的方法，其特征 在于，包括以下步骤： 步骤一、将硅粉、钛粉、硼粉、铝粉、铬粉和铌粉置于球磨机中，采用湿法球磨的方 式混合均匀，然后在真空条件下烘干，烘干后粉碎得到混合粉料； 步骤二、将步骤一中所述混合粉料置于热压烧结炉中，在真空度不大于 1. 5X10 2Pa，温度为1300°C~1400°C，压力为30MPa~50MPa的条件下热压烧结lh~2h， 随炉冷却后得到Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合材料。 上述的方法，其特征在于，步骤一中所述硅粉的质量纯度不小于99. 99%，所述钛 粉的质量纯度不小于99. 99%，所述硼粉的质量纯度不小于99. 9%，所述铝粉的质量纯度 不小于99%，所述铬粉的质量纯度不小于99. 9%，所述铌粉的质量纯度不小于99. 9%。 上述的方法，其特征在于，步骤一中所述硅粉的粒径不大于3μm，所述钛粉的粒径 不大于2μm，所述硼粉的粒径不大于3μm，所述铝粉的粒径不大于5μm，所述铬粉的粒径 不大于2μm，所述铌粉的粒径不大于8μm。 上述的方法，其特征在于，步骤一中所述湿法球磨采用的分散剂为无水乙醇，所述 无水乙醇的体积为硅粉、钛粉、硼粉、铝粉、铬粉和铌粉质量之和的0. 3~0. 5倍，其中体积 的单位为mL，质量的单位为g。 上述的方法，其特征在于，步骤一中所述球磨机的转速为260rpm~450rpm，湿法 球磨的球料比为（5~11) :1，球磨时间为30h~60h。 上述的方法，其特征在于，步骤一中所述烘干的温度为80 °C~90 °C。 本专利技术与现有技术相比具有以下优点： 1、本专利技术Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合材料在室温条件下的抗拉强度为430MPa~ 565MPa，断裂韧性为14MPa·m1/2~22MPa·m1/2,在1200°C空气环境中氧化100h后材料损 失只有0. 079mg/cm2~0. 038mg/cm2,具有高强度、高韧性和高温抗氧化的特点，能够应用于 1200°C的空气环境中。 2、本专利技术采用机械合金化和热压烧结的工艺过程制备Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合材 料，该方法具有能耗低、周期短的优点，本专利技术将钛粉引入到Nb-Si复合材料体系中，降低 了复合材料的密度，提高了复合材料的断裂韧性；将硼粉引入到Nb-Si复合材料体系中，提 高了复合材料的强度但没有降低复合材料的断裂韧性；将铝粉和铬粉引入到Nb-Si复合材 料体系中提高了复合材料的高温抗氧化能力。 3、采用本专利技术制备的Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合材料的微观组织中含有细小的铌固 溶体（Nbss)相和他與3金属间化合物相，该Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合材料的室温断裂韧性、 室温抗拉强度和高温抗氧化能力达到了良好平衡。 4、本专利技术制备的Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合材料具有独特的物理性能，如高熔点、高 的弹性模量，并能在高温下保持很高的强度，具有良好的高温抗热震性能，同时在热环境下 具有优异的化学稳定性和抗氧化性等特点，克服了难熔金属不足，实现了难熔金属材料轻 量化、高温强韧化、高温抗氧化和抗热冲击良好匹配。 下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。【附图说明】 图1为本专利技术实施例1制备的Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合材料的显微组织图。【具体实施方式】 实施例1 本实施例Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合材料由以下原子百分比的原料制成：Si15%， Ti15%，B4%，A1 6%，Cr5%，余量为Nb和不可避免的杂质。 本实施例制备所述Nb-Si-Ti-B-Al-Cr复合材料的方法包括以下步骤： 步骤一、将硅粉、钛粉、硼粉、铝粉、铬粉和铌粉置于球磨机中，采用湿法球磨的方 式混合均匀，然后在真空条件下烘干，烘干后粉碎得到混合粉料；优选地，所述硅粉的质量 纯度不小于99. 99%，所述钛粉的质量纯度不小于99. 99%，所述硼粉的质量纯度不小于 99. 9 %，所述铝粉的质量纯度不小于99 %，所述铬粉的质量纯度不小于99. 9 %，所述铌粉 的质量纯度不小于99. 9 %，所述硅粉的粒径不大于3μm，所述钛粉的粒径不大于2μm，所 述硼粉的粒径不大于3μm，所述铝粉的粒径不大于5μm，所述铬粉的粒径不大于2μm，所 述铌粉的粒径不大于8μπι;所述湿法球磨采用的分散剂为无水乙醇，所述无水乙醇的体积 为硅粉、钛粉、硼粉、铝粉、铬粉和铌粉质量之和的0.4倍，其中体积的单位为mL，质量的单 位为g;所述球磨机为行星式球磨机，优选地，所述球磨机的转速为320rpm，湿法球磨的球 料比按质量比计为8 :1，球磨时间为45h;所述烘干的温度优选为85°C; 步骤二、将步骤一中所述混合粉料置于热压烧结炉中，在真空度为1. 5X10 2Pa，温 度为1350°C，压力为40MPa的条件下热压烧结1. 5h，随炉冷却后得到Nb-Si-Ti-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Nb‑Si‑Ti‑B‑Al‑Cr复合材料，其特征在于，由以下原子百分比的原料制成：Si 6％～20％，Ti 3％～25％，B 1％～10％，Al 3％～15％，Cr2％～10％，余量为Nb和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李来平，喻吉良，张如，郑欣，夏明星，王峰，裴雅，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61