CN101519746A - 一种钼基复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钼基复合材料，包括体积百分比的组分：氧化铝3～20％，其余的为钼及不可避免的杂质。同时还公开了一种该钼基复合材料的制备方法，该制备方法为：采用硝酸铝溶液与氧化钼均匀混合，再进行硝酸铝的分解和氧化钼的还原，得到氧化铝和钼的混合粉末，然后进行冷压，烧结制得均匀分布有氧化铝颗粒的钼基复合材料。所制备的氧化铝颗粒增强钼基复合材料，再结晶温度达到1300℃左右，高温抗蠕变性能是稀土钼合金的1～1.5倍，高温强度和硬度是TZM钼合金的1～1.5倍，高温耐磨性为TZM钼合金的2～4倍。本发明工艺简单，在常规粉末冶金生产钼合金的工艺下即可制备该复合材料，因此具有十分广阔的应用前景和推广价值。

Description

一种钼基复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钼基复合材料，同时涉及一种该钼基复合材料的制备方法。

背景技术

钼和钼合金具有熔点高、高温强度高、高温蠕变速率低、导热及导电性能好、膨胀系数小、抗热震性能好、抗磨损性和抗腐蚀性能强等优良特性，广泛应用于化学工业、冶金工业及金属加工工业、航空航天工业和核能技术等领域。然而，钼金属及其合金的高熔点、较高的硬度、易氧化，导致熔炼及加工困难；低温脆性、再结晶脆性、高温抗氧化能力差和焊接性能差等缺点，限制了钼金属及其合金作为结构材料更加广泛的使用。因此，深入研究开发性能优异的钼合金和改进钼合金的生产工艺、提高产品质量是我国广大科技工作者的当务之急。

目前在高温钼合金研究领域主要以TZM、稀土钼合金、掺杂钼合金为主，它们各自在不同应用领域表现出优越的性能。随着现代工业的发展，在一些特殊应用领域如高温抗磨领域，典型的产品如金属压力加工行业用的钼顶头、航空航天用的高温喷管、高温钼舟等，要求材料具有较高的高温硬度和高温耐磨性。随着越来越多的行业和技术领域对材料要求的不断提高，因此目前的钼基材料的高再结晶温度、好的高温抗蠕变性能、高温抗磨性能已不能满足客户的要求，对高性能的钼基材料的开发和改进显得十分必要和迫切。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化铝颗粒增强的钼基复合材料，以提高钼基复合材料的高温硬度和高温耐磨性。

本发明另一目的是提供一种该钼基复合材料的制备方法。

为了实现以上目的，本发明钼基复合材料所采用的技术方案是：一种钼基复合材料，由以下体积百分比的组分组成：氧化铝3～20％，其余的为钼及不可避免的杂质。

所述的钼基复合材料是以硝酸铝和氧化钼为原料制备而成。

所述的原料由以下质量百分比的组分组成：硝酸铝1.3～12.0％，其余的为氧化钼及不可避免的杂质。

所述氧化铝的粒度为0.4～1微米。

所述钼的粒度为1～4微米。

本发明的钼基复合材料的制备方法具体包括如下步骤：

①称取氧化钼粉末和硝酸铝；

②将称取的硝酸铝制成硝酸铝水溶液，利用喷雾法与所取得的氧化钼粉末均匀混合，然后在180～200℃烘干2～2.5小时得到混合粉末；

③将烘干的混合粉末在500～1000℃氢气气氛下还原6～11小时；

④将还原的混合粉末在180～220MPa压力下冷等静压，制成坯料；

⑤将坯料在1600～2000℃氢气气氛下烧结16～18小时，制得钼基复合材料。

所述的钼基复合材料由以下体积百分比的组分组成：氧化铝3～20％，其余的为钼及不可避免的杂质。所述氧化铝的粒度为0.4～1微米，钼的粒度为1～4微米。

所述氧化钼为二氧化钼或三氧化钼。

所述的硝酸铝水溶液的浓度为30～35w％。

所述步骤③为首先在520～540℃氢气气氛下还原反应2～5小时，然后在850～950℃氢气气氛下还原反应4～6小时。

氧化铝是一种具有高温稳定性强、硬度高、耐磨性强等优异性能的化合物。本发明的钼基复合材料是在钼金属基体中均匀分散有氧化铝颗粒，使得该材料具有较高的再结晶温度和高温抗蠕变性能；而且该材料中一定体积分数氧化铝的陶瓷相可以作为高温抗磨相，达到了钼基复合材料具有高温抗磨性的目的。并且钼基复合材料还具有其他钼和钼合金所具有导热及导电性能好、膨胀系数小、抗热震性能好和抗腐蚀性能等优良的性能，提高了钼基复合材料的实用性，以满足相应行业和技术领域对钼基复合材料的较高需求。

本发明钼基复合材料的制备方法中，采用了硝酸铝溶液与氧化钼粉末喷雾混合，硝酸铝成分在氧化钼还原过程中首先受热分解成氧化铝颗粒，保证了所得到的氧化铝的颗粒度在0.4～1微米，也不会影响氧化钼的还原过程，同时又保证了氧化铝与钼基的均匀混合。

制备过程中所涉及的化学方程式如下所示：

采用本发明的制备方法得到的钼基复合材料，再结晶温度达到1300℃左右，高温抗蠕变性能是稀土钼合金的1～1.5倍，高温强度和硬度是TZM钼合金的1～1.5倍，高温耐磨性为TZM钼合金的2～4倍。本发明制备工艺简单、易于控制、增强颗粒细小、分布比较均匀，在常规的粉末冶金生产钼合金的工艺条件下即可制备出该复合材料，因此本发明具有十分广阔的应用前景。

具体实施方式

实施例1

本实施例制备的钼基复合材料采用的氧化钼为二氧化钼，按质量比Al(NO₃)₃·9H₂O：MoO₂为1：9.5配比，各组分的质量百分比为：Al(NO₃)₃·9H₂O9.5％(硝酸铝5.4％)，MoO₂ 90.4％，杂质含量≤0.1％。

本实施例的钼基复合材料的制备方法包括以下步骤：

①根据最终所要制备的钼基复合材料的质量和上述质量比称取硝酸铝和二氧化钼粉末；

②首先将硝酸铝溶于蒸馏水中，配成浓度为30w％的硝酸铝溶液，再将所制备的硝酸铝溶液用喷雾法加入到所称取的二氧化钼粉中，然后在混料机中混合3小时得到混合粉末；

③将混合粉末在180℃烘干2小时，然后在十三管氢气还原炉的氢气气氛中530℃反应3小时把混合粉末中硝酸铝分解为氧化铝，940℃反应5小时把混合粉末中二氧化钼还原为钼粉；

④把还原后的混合粉末在200MPa压力下冷等静压，保压8分钟压制成坯料；

⑤将坯料在中频感应烧结炉内、氢气保护下1700℃烧结16小时，得到体积分数为5％氧化铝的钼基复合材料，氧化铝的粒度为0.4微米，钼的粒度为1微米。

由上述制备方法所制得的钼基复合材料，再结晶温度达到1300℃，高温抗蠕变性能是稀土钼合金的1.2倍，高温强度和硬度是TZM钼合金的1.1倍，高温耐磨性为TZM钼合金的2倍。

实施例2

本实施例制备的钼基复合材料采用的氧化钼为二氧化钼，按质量比Al(NO₃)₃·9H₂O：MoO₂为1：5.24配比，各组分的质量百分比为：Al(NO₃)₃·9H₂O16.02％(硝酸铝9.1％)，MoO₂ 83.97％，杂质含量<0.1％。

本实施例的钼基复合材料的制备方法包括以下步骤：

①根据最终所要制备的钼基复合材料的质量及上述质量比称取硝酸铝和二氧化钼粉末；

②首先将硝酸铝溶于蒸馏水中，配成浓度为35w％的硝酸铝溶液；再将所制备的硝酸铝溶液用喷雾法加入到所称取的二氧化钼粉中，然后在混料机中混合2.5小时得到混合粉末；

③将混合粉末在200℃烘干2.5小时，然后在十三管氢气还原炉的氢气气氛中540℃反应2小时把混合粉末中硝酸铝分解为氧化铝，900℃反应4小时把混合粉末中二氧化钼还原为钼粉；

④把还原后的混合粉末在220MPa压力下冷等静压，保压8分钟压制成坯料；

⑤将坯料在中频感应烧结炉内、氢气保护下1800℃烧结17h，得到体积分数为15％氧化铝的钼基复合材料，氧化铝的粒度为0.6微米，钼的粒度为2微米。

由上述制备方法所制得的钼基复合材料，再结晶温度达到1250℃，高温抗蠕变性能是稀土钼合金的1.1倍，高温强度和硬度是TZM钼合金的1.5倍，高温耐磨性为TZM钼合金的3.5倍。

实施例3

本实施例制备的钼基复合材料采用的氧化钼为三氧化钼，按质量比Al(NO₃)₃·9H₂O：MoO₃为1：4.68配比，各组分的质量百分比为：Al(NO₃)₃·9H₂O17.6％(硝酸铝10.0％)，MoO₃ 82.3％，杂质含量≤0.1％。

本实施例的钼基复合材料的制备方法包括以下步骤：

①根据最终所要制备的钼基复合材料的质量及上述质量比称取硝酸铝和三氧化钼粉末；

②首先将硝酸铝溶于蒸馏水中，配成浓度为33w％的硝酸铝溶液，再将所制备的硝酸铝溶液用喷雾法加入到所称取的三氧化钼粉中，然后在混料机中混合2小时得到混合粉末；

③将混合粉末在190℃烘干2.3小时，然后在十三管氢气还原炉的氢气气氛中520℃反应4小时把混合粉末中硝酸铝分解为氧化铝，850℃反应5小时把混合粉末中三氧化钼还原为钼粉；

④把还原后的混合粉末在180MPa压力下冷等静压，保压9分钟压制成坯料；

⑤将坯料在中频感应烧结炉内1600℃烧结18小时，得到体积分数为10％氧化铝的钼基复合材料，氧化铝颗粒为0.8微米，钼的粒度为3微米。

由上述制备方法所制得的钼基复合材料，再结晶温度达到1300℃，高温抗蠕变性能是稀土钼合金的1.2倍，高温强度和硬度是TZM钼合金的1.3倍，高温耐磨性为TZM钼合金的3倍。

实施例4

本实施例制备的钼基复合材料采用的氧化钼为三氧化钼，按质量比Al(NO₃)₃·9H₂O：MoO₃为1：4.16配比，各组分的质量分数为：Al(NO₃)₃·9H₂O19.37％(硝酸铝11.0％)，MoO₃ 80.62％，杂质含量<0.1％。

本实施例的钼基复合材料的制备方法包括以下步骤：

①根据最终所要制备的钼基复合材料中氧化铝颗粒体积分数，按上述质量比称取硝酸铝和三氧化钼粉末；

②首先将硝酸铝溶于蒸馏水中，配成浓度为34w％的硝酸铝溶液，再将所制备的硝酸铝溶液用喷雾法加入到所称取的三氧化钼粉中，然后在混料机中混合2.5小时使之均匀混合得到混合粉末；

③将混合粉末在180℃烘干2.2小时，然后在十三管氢气还原炉的氢气气氛中540℃反应5小时把混合粉末中硝酸铝分解为氧化铝，880℃反应6小时把混合粉末中三氧化钼还原为钼粉；

④把还原后的混合粉末在200MPa压力下冷等静压，保压10分钟压制成坯料；

⑤将坯料在中频感应烧结炉内2000℃烧结16小时，得到体积分数为20％氧化铝的钼基复合材料，氧化铝颗粒为1.0微米，钼的粒度为4微米。

由上述制备方法所制得的钼基复合材料，再结晶温度达到1250℃，高温抗蠕变性能是稀土钼合金的1倍，高温强度和硬度是TZM钼合金的1.5倍，高温耐磨性为TZM钼合金的4倍。

本发明的实施例仅用以说明而非限定本发明的技术方案：其中原料所采用的氧化钼也可以采用一定量的二氧化钼和三氧化钼的混合粉末，也可以通过本发明的制备方法实现本发明的发明目的；其中所采用的铝的含氧酸盐也可以为醋酸铝、草酸铝或者磷酸铝，均可以实现本发明的目的；以上这些修改和等同替换对于本领域技术人员是显而易见的，其应涵盖在本发明的所要求保护的范围当中。

Claims (10)

1、一种钼基复合材料，其特征在于：由以下体积百分比的组分组成：氧化铝3～20％，其余的为钼及不可避免的杂质。

2、根据权利要求1所述的钼基复合材料，其特征在于：所述的钼基复合材料是以硝酸铝和氧化钼为原料制备而成。

3、根据权利要求2所述的钼基复合材料，其特征在于：所述的原料由以下质量百分比的组分组成：硝酸铝1.3～12.0％，其余的为氧化钼及不可避免的杂质。

4、根据权利要求1或2所述的钼基复合材料，其特征在于：所述氧化铝的粒度为0.4～1微米。

5、根据权利要求1或2所述的钼基复合材料，其特征在于：所述钼的粒度为1～4微米。

6、一种如权利要求1所述钼基复合材料的制备方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：

①称取氧化钼粉末和硝酸铝；

②将称取的硝酸铝制成硝酸铝水溶液，利用喷雾法与所取得的氧化钼粉末均匀混合，然后在180～200℃烘干2～2.5小时得到混合粉末；

③将烘干的混合粉末在500～1000℃氢气气氛下还原6～11小时；

④将还原的混合粉末在180～220MPa压力下冷等静压，制成坯料；

⑤将坯料在1600～2000℃氢气气氛下烧结16～18小时，制得钼基复合材料。

7、根据权利要求6所述钼基复合材料的制备方法，其特征在于：所述的钼基复合材料由以下体积百分比的组分组成：氧化铝3～20％，其余的为钼及不可避免的杂质。所述氧化铝的粒度为0.4～1微米，钼的粒度为1～4微米。

8、根据权利要求6所述钼基复合材料的制备方法，其特征在于：所述氧化钼为二氧化钼或三氧化钼。

9、根据权利要求6所述钼基复合材料的制备方法，其特征在于：所述的硝酸铝水溶液的浓度为30～35w％。

10、根据权利要求6所述钼基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤③为首先在520～540℃氢气气氛下还原反应2～5小时，然后在850～950℃氢气气氛下还原反应4～6小时。