本发明专利技术公开了一种金属元素合金化的片层铌钼硅基原位复合材料，以及采用光悬浮区域熔炼定向凝固方法进行制备，所述Ｎｂ－Ｍｏ－Ｓｉ原位复合材料由３０～８７ａｔ％的Ｎｂ、３～４０ａｔ％的Ｍｏ和１０～３０ａｔ％的Ｓｉ组成。为了提高Ｎｂ－Ｍｏ－Ｓｉ原位复合材料的在１２００～１５００℃高温的强度，可以添加０．１～１０ａｔ％的第四金属元素Ａ形成Ｎｂ－Ｍｏ－Ｓｉ－Ａ原位复合材料。本发明专利技术经第四金属元素Ａ合金化后的Ｎｂ－Ｍｏ－Ｓｉ原位复合材料具有（Ｎｂ，Ｍｏ，Ａ）↓［ｓｓ］和（Ｎｂ，Ｍｏ，Ａ）↓［５］Ｓｉ↓［３］两相，并且具有片层结构。Ｎｂ－Ｍｏ－Ｓｉ－Ａ原位复合材料在１２００～１５００℃的压缩屈服强度为３００～１０００ＭＰａ。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种铌一钼一硅髙温合金材料，更特别地说，是指一种具有片层结构 的、金属元素合金化的、铌—钼一硅基原位复合材料，以及采用光悬浮区熔定向凝固 方法制备出具有片层结构的铌钼硅基原位复合材料。
技术介绍
在能源、石油化工、航空航天等领域中大量使用承温能力高的高温合金材料，例 如航空涡轮发动机的叶片材料普遍采用镍基高温合金，目前最先进的第三代镍基单晶高温合金的使用温度达到115(TC，然而这已经接近了镍基髙温合金的熔点1350°C， 镍基单晶髙温合金继续发展的空间已经不大。为了进一步提高涡轮发动机的性能，并 提高燃烧效率，减少能源消耗和废气排放，务必需要开发出承温能力更髙的叶片材料。 釆用铸造一热处理方法制得的二元铌硅合金由铌固溶体(Nbss)和金属间化合物 NbsSi3两相组成。二元铌硅合金首先在192(TC发生共晶反应L— Nbss + Nb3Si， 然后在177(TC发生共析反应Nb3Si— Nbss + Nb5Si3，通过两步反应得到的Nbss和Nb5Si3两相由于反应复杂其形态较难控制。使用物理气相沉积的方法可以得到金属铌和NbsSi3两相组成的片层结构，但这 种方法得到的铌硅复合材料存在以下问题晶粒细小，蠕变抗力弱；两相非热力学平 衡，组织不稳定；制备工艺较复杂，成本偏高。 专利技术内 容本专利技术的目的是提供一种具有片层结构的(片层体积百分数大于50%)、金属元 素合金化的、Nb-Mo-Si原位复合材料，该原位复合材料采用光悬浮区域熔炼定向凝 固法制备，经第四金属元素A合金化后的Nb-Mo-Si原位复合材料具有(Nb，Mo，A)ss 刺Nb，Mo，A)sSi3两相；经电子显微镜观察其微观组织具有片层结构；且在1200 1500。C压缩屈服强度为300 1000MPa。本专利技术的Nb-Mo-Si原位复合材料，其由30 87at。/。的铌(Nb)、 3~40at% 的钼(Mo)和10 30 at。/。的硅(Si)组成。 为了提高Nb-Mo-Si原位复合材料在1200 150CTC的压缩屈服强度，本专利技术 通过向Nb-Mo-Si原位复合材料中添加0.1 ~ 10 atc/。的第四金属元素A,所述第四 金属元素A是铝(Al)、铬(Cr)、铪(Hf)、钛(Ti)、鸨(W)或钽(Ta)中的一 种。Nb-Mo-Si-A原位复合材料在1200 150(TC的压缩屈服强度为300~ 1000MPa。附图说明图1A是Nb72MOi。Sii8合金纵向剖面背散射照片。 图lB是Nb72MOi。Si^合金横向剖面背散射照片。 图2是Nb7。M Si^Al3合金纵向剖面背散射照片。 图3是Nbs。Mo3。SiuCr5合金纵向剖面背散射照片。 图4是Nt^Mc^S^Ti8合金纵向剖面背散射照片。 图5是Nb64M02。S^H"合金纵向剖面背散射照片。图6是Nb^M025S』W2合金纵向剖面背散射照片。图7是Nb65M^SUa3合金纵向剖面背散射照片。 具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术的Nb-Mo-Si原位复合材料，由30 87at。/。的铌(Nb)、 3 40at。/。的 钼(Mo)和10 30 at。/。的硅(Si)组成。本专利技术的Nb-Mo-Si-A原位复合材料，是在Nb-Mo-Si原位复合材料基础上， 为了提高其在1200 150(TC高温的压缩屈服强度，向Nb-Mo-Si原位复合材料中 添加0.1 10 at。/。的第四金属元素A。所述第四金属元素A是铝(Al)、铬(Cr)、 铪(Hf)、钛(Ti)、鹆(W)或钽(Ta)中的一种。一、制片层结构的Nb-Mo-Si原位复合材料(合金)第一步按Nb-Mo-Si目标成分配比称取纯度为99.99%的铌(Nb)、纯度为 99.99%的钼(Mo)、纯度为99.99%的硅(Si)待用；第二步将上述称取的目标成分原料放入非自耗真空电弧炉内，抽真空至 5xiCr4Pa~lXlO-3Pa,充入髙纯氩气至0.5X 105Pa，在熔炼温度2700 3000°C 下熔炼2 5遍，制得合金锭；第三步(A)将第二步制得的合金锭采用线切割加工获得合金料棒和底座棒，然后将其置入光悬浮区域熔炼炉中，料棒悬挂在上杆，底座棒固定在下杆；(B) 抽真空至5xlO"Pa lXlO-spa，充入流速为1~2 L/min氩气，流动的氩气起到冷却的作用，形成适当的温度梯度。料棒和底座棒保持旋转，旋转方向相 反，旋转速度为0 50r/min。(C) 对料棒开始加热，加热温度逐渐升高，升温速度为60 10(TC/min，直 至料棒熔化，然后将料棒与底座棒对接起来。开始抽拉，抽拉速度为0.5 10mm/h， 温度梯度100~200 K/cm，抽拉5~20h，定向凝固完毕，制得具有片层结构的 Nb-Mo-Si原位复合材料(合金)。将上述制得的Nb-Mo-Si合金采用JSM-5600HV/LV型扫描电子显微镜做微观组 织分析，其具有(Nb，Mo)ss和(Nb，Mo)sSi3两相。釆用线切割方法对Nb-Mo-Si合金 棒材沿纵向中心剖开，具有片层结构。对Nb-Mo-Si合金采用日本岛津高温实验机进 行压缩应力-应变测试，在室温(18 25°C)的压缩屈服强度为1200 2000MPa， 在1200 1500。C的压缩屈月艮强度为300 900MPa。 二、制片层结构的Nb-Mo-Si-A原位复合材料(合金)第一步按Nb-Mo-Si-A目标成分配比称取纯度为99.99%的铌(Nb)、纯度为 99.99%的钼(Mo)、纯度为99.99%的硅(Si),以及纯度为99.99。/。的第四金属元 素A待用；第二步将上述称取的目标成分原料放入非自耗真空电弧炉内，抽真空至 5X 10-4Pa 1X 10-3Pa,充入高纯氩气至0.5X 105Pa，在熔炼温度2700 3700°C 下熔炼2 5遍，制得合金锭；第三步(A)将第二步制得的合金锭釆用线切割加工获得合金料棒和底座棒，然后将其置入光悬浮区域熔炼炉中，料棒悬挂在上杆，底座棒固定在下杆；(B) 抽真空至5xlCr4pa lXl03pa，充入流速为1 2 L/min氩气，流动的氩气起到冷却的作用，形成适当的温度梯度。料棒和底座棒保持旋转，旋转方向相 反，旋转速度为0 50r/min。(C) 对料棒开始加热，加热温度逐渐升高，升温速度为60 100。C/min，直 至料棒熔化，然后将料棒与底座棒对接起来。开始抽拉，抽拉速度为0.5~ 10mm/h， 温度梯度100 200 K/cm，，抽拉5~20h，定向凝固完毕，制得具有片层结构的 Nb-Mo-Si-A原位复合材料(合金)。将上述制得的Nb-Mo-Si-A合金采用JSM-5600HV/LV型扫描电子显微镜做 微观组织分析，其具有(Nb，Mo，A)ss和(Nb，Mo，A)5Si3两相。采用线切割方法对 Nb-Mo-Si-A合金棒材沿纵向中心剖开，具有片层结构。对Nb-Mo-Si-A合金采用日 本岛津高温实验机进行压缩应力-应变测试，在1200 150(TC的压缩屈服强度为 300 1000MPa。实施例1 : 制片层结构的Nb72Mc^。S、8合金第一步按Nb72MOi。Siw配比称取纯度为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金属元素合金化的片层铌钼硅基原位复合材料，其特征在于：Ｎｂ－Ｍｏ－Ｓｉ原位复合材料由３０～８７ａｔ％的铌（Ｎｂ）、３～４０ａｔ％的钼（Ｍｏ）和１０～３０ａｔ％的硅（Ｓｉ）组成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张虎，马朝利，李玉龙，刘肖，徐惠彬，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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