本发明专利技术公开了一种非金属元素合金化的片层铌钼硅基原位复合材料及其制备方法，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℃高温的强度或者抗蠕变性，添加０．１～１０ａｔ％的Ｇｅ。本发明专利技术的Ｎｂ－Ｍｏ－Ｓｉ原位复合材料采用了光悬浮区域熔炼定向凝固方法进行制备，制得的非金属元素合金化Ｎｂ－Ｍｏ－Ｓｉ原位复合材料具有（Ｎｂ，Ｍｏ）ｓｓ和（Ｎｂ，Ｍｏ）５Ｓｉ３两相，具有片层结构。在１８～２５℃的压缩屈服强度为１２００～２２００ＭＰａ，在１２００～１５００℃的压缩屈服强度为３００～１０００ＭＰａ；在１２００℃、应力为１７０ＭＰａ、蠕变处理１００ｈ的条件下，蠕变变形量为０．５～１．０％。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种铌一钼一硅高温合金材料，更特别地说，是指一种具有片层结构的、非金属元素合金化的、铌一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高温合金的熔点135(TC，镍基单晶高温 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高的叶片材料。 采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 —Nb^+Nb3Si，然后在177(TC 发生共析反应Nb3Si — N、+Nb^i3，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Nb5Si3两相组成的片层结构，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。
技术实现思路
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 30at^的硅(Si)组成。其采用了光悬浮区域熔炼定向凝固制备，制得的Nb-Mo-Si 原位复合材料具有(Nb，Mo)^和(Nb，Mo)5Si3两相，且有片层体积百分数大于50X的片层结 构。Nb-Mo-Si原位复合材料在18 25。C的压縮强度为1200 2000MPa，在1200 1500°C 的压縮强度为300 900MPa ;在120(TC、应力为170MPa、蠕变处理100h的条件下，蠕变变 形量为0. 8 1. 0%。 本专利技术的一种非金属元素合金化的Nb-Mo-Si原位复合材料，是在Nb-Mo-Si原位 复合材料中通过添加0. 1 10at^的硼(B)来提高Nb-Mo-Si-B合金在1200 1500。C高温 的强度。采用了光悬浮区域熔炼定向凝固制备，制得的Nb-Mo-Si-B原位复合材料具有(Nb， Mo) ss和(Nb， Mo) 5Si3两相，且B固溶在(Nb， Mo) 5Si3相中，具有片层体积百分数大于50 %的 片层结构。 本专利技术的一种非金属元素合金化的Nb-Mo-Si原位复合材料，是在Nb-Mo-Si原位 复合材料中通过添加0. 1 10at^的锗(Ge)来提高Nb-Mo-Si-Ge合金在1200 1500°C 高温的抗蠕变性。采用了光悬浮区域熔炼定向凝固制备，制得的Nb-Mo-Si-Ge原位复合材 料具有(Nb，Mo)^和(Nb，Mo)5(Si，Ge)3两相，且具有片层体积百分数大于50X的片层结构。附图说明 图1A是Nb72Mo1QSi18合金纵向剖面背散射照片。 图lB是NbMc^。S^合金横向剖面背散射照片。 图2是Nb7。Mo1QSi18B2合金纵向剖面背散射照片。 图3是NbMc^。S^GA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 30at^的硅(Si)组成。Nb-Mo-Si原位复合材料具有(Nb，Mo)^和(Nb，Mo)5SiJ 相。 本专利技术的Nb-Mo-Si-B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 1500。C高温的强度，添加了 0. 1 10at^的硼(B)。使Nb-Mo-Si-B原位复 合材料具有(Nb，Mo)^相(Nb固溶体相中Mo部分替代Nb)和(Nb，Mo)sSi3相(NbsSi3相中Mo 部分替代Nb)，且B固溶在(Nb， Mo) 5Si3相中，。该Nb-Mo-Si-B原位复合材料在18 25°C 的压縮屈服强度为1200 2200MPa，在1200 1500°C的压縮屈服强度为300 lOOOMPa。 本专利技术的Nb-Mo-Si-Ge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 1500。C高温的抗蠕变性，添加了 0. 1 10at^的锗(Ge)。使Nb-Mo-Si-Ge 原位复合材料具有(Nb， Mo)ss相(Nb固溶体相中Mo部分替代Nb)和(Nb， Mo)5(Si， Ge)3相 (Nb5Si3相中Mo部分替代Nb， Ge部分替代Si)。该Nb-Mo-Si-Ge原位复合材料在1200°C、 应力为170MPa、蠕变处理100h的条件下，蠕变变形量为0. 5 1. 0%。 —、制片层结构的Nb-Mo-Si原位复合材料(合金) —种采用光悬浮区域熔炼定向凝固制备Nb-Mo-Si原位复合材料的方法，包括有 下列步骤 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 5 X 10—4Pa 1 X 10—3Pa，充入高纯氩气至0. 5 X 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5X10—4pa lX10—3Pa，充入流速为1 2L/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 IO(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 200K/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)^禾P (Nb， Mo)sSi3两相且两相具有片层结构。对Nb-Mo-Si合金采用 日本岛津高温实验机进行压縮应力-应变测试，在室温(18 25°C )的压縮屈服强度为 1200 2000MPa，在1200 1500°C的压縮屈服强度为300 900MPa。对Nb-Mo-Si合金 采用深圳新三思公司的GWT304型蠕变实验机上(按照GB/T2039-1997)进行蠕变试验，在 1200。C、应力为170MPa、蠕变处理100h的条件下，蠕变变形量为0. 8 1. 0%。 二、制片层结构的Nb-Mo-Si-B原位复合材料(合金)第一步按Nb-Mo-Si-B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)、纯度为99. 99%的硼(B)待用；第二步将本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种非金属元素合金化的片层铌钼硅基原位复合材料，该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；其特征在于：向Ｎｂ－Ｍｏ－Ｓｉ原位复合材料中添加０．１～１０ａｔ％的锗（Ｇｅ）提高Ｎｂ－Ｍｏ－Ｓｉ原位复合材料在１２００～１５００℃高温的抗蠕变性。
【技术特征摘要】
一种非金属元素合金化的片层铌钼硅基原位复合材料，该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；其特征在于向Nb-Mo-Si原位复合材料中添加0.1～10at％的锗(Ge)提高Nb-Mo-Si原位复合材料在1200～1500℃高温的抗蠕变性。2. 根据权利要求1所述的铌钼硅基原位复合材料，其特征在于Nb-Mo-Si原位复合材 料具有(Nb， Mo)—和(Nb， Mo)5Si3两相；在18 25。C的压縮屈服强度为1200 2000MPa， 在1200 1500。C的压縮屈服强度为300 900MPa ;在1200。C、应力为170MPa、蠕变处理 100h的条件下，蠕变变形量为0. 8 1. 0%。3. 根据权利要求l所述的铌钼硅基原位复合材料，其特征在于Nb-Mo-Si-Ge原位复合 材料具有(Nb， Mo)ss禾口 (Nb， Mo)s(Si， Ge)3两相，在1200。C、应力为170MPa、蠕变处理100h 的条件下，蠕变变形量为0. 5 1. 0%。4. 根据权利要求1所述的铌钼硅基原位复合材料，其特征在于原位复合材料成分有 Nb72Mo10Si18或者Nb72Mo10Si16Ge2。5. —种采用光悬浮区域熔...
【专利技术属性】
技术研发人员：马朝利，张虎，李玉龙，刘肖，徐惠彬，张涛，
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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