CN101532108B - 钼合金的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钼合金及其制造方法，本发明的制造方法，是通过以下步骤实现的：按配置100KgTZM粉末计算得出C、Ti、Zr的具体添加量：光学纯碳粉＝100×(0.01％-0.03％)＝10g-30g；TiH＝100×(0.4％-0.55％)＝400g-550g；ZrH＝100×(0.121％-0.2％)＝121g-200g；MoO₂＝133.33Kg；二氧化钼(MoO₂)固-固掺杂法；合金钼粉还原工艺；合金钼粉合批工艺；TZM粉末的等静压制；TZM压制品烧结；热锻造；热轧制；本发明的有益效果是：能制造出性能均匀高强度和高延性的TZM板、棒、块原料。

Description

钼合金的制造方法 

技术领域

本发明涉及一种钼合金，尤其涉及该钼合金的配比及其制造方法。 

背景技术

资料表明，中国钼资源储量仅次于美国，位居世界第二；同时，中国也是世界上钼产品出口量最大的国家之一。金属钼、钼合金广泛地用于钢铁工业、电光源、电真空行业、机械汽车工业、宇航、军事工业、核工业等现代技术的很多领域中，进入2000年以后，随着互联网技术的飞速发展，半导体技术的发展明显加速，离子植入机是生产半导体晶圆芯片的最主要设备，离子源反应室是离子植入机核心部件，其中40％的零件是由钼和钼合金制成的。 

金属钼具有熔点高(2620℃)，导电性能好，较好的高温强度和硬度的特点；但是在高温下易氧化，再结晶温度低(1100℃)，再结晶后易脆断和高温下的强度和硬度较差等缺陷。为了延长它的使用寿命，扩大它的使用领域，美国在上世纪70年代末由于宇航和军事工业的需要，研制开发了一种名为TZM-364标准的钼合金材料。 

1、TZM-364材料主要成分：碳(C)：100ppm-400ppm，0.01％-0.04％；氧(O)：≤300ppm；氮(N)：≤20ppm；铁(Fe)：≤100ppm；镍(NI)：≤50ppm；硅(SI)：≤50ppm；钛(TI)：4000ppm-5500ppm，0.40％-0.55％；锆(ZR)：600ppm-1200ppm，0.06％-0.12％；余量：钼(MO)。 

2、TZM-364板、棒、块制造工艺： 

(1)TZM粉末的配置：按配置100KgTZM粉末计算得出C、Ti、Zr的具体添加量，A：光学纯碳粉＝100×(0.01％-0.04％)＝10g-40g；B：TiH＝100×(0.4％-0.55％)＝400g-550g；C：ZrH＝100×(0.06％-0.12％)＝60g-120g。说明：为了提高Ti、Zr的化学活性，以利于生成强化相，Ti、Zr是以氢化物形式加入的，Ti的原子量为48，H的原子量为1，因此Ti的原子量与TiH2的分子量基本相当，Zr的原子量为91，H的原子量为1，因此Zr的原子量与ZrH2的分子量基本相当。 

(2)TZM粉末的固体—固体混合：按计算得出C、Ti、Zr和Mo粉的实际重量，在V型混合器将4种粉末充分混合均匀，V型混合器转速为10-30转/分，混合时间为16-24小时，装料量根据V型混合器的大小而定，为V型混合器容积的2/5-3/5。 

(3)等静压制：借助于高压泵的作用把流体介质压入耐高压的钢体密封容器内，高压流体的静压力直接作用在弹性模套内的粉末上，粉末体在同一时间内在各个方向上均衡地受压而获得密度分布均匀和强度高的压制件；压制压力为1000Kg/cm2-2200Kg/cm2，保压时间为30分钟-60分钟。 

(4)TZM压制品烧结：烧结升温采用阶梯式升温工艺制度，在800℃-1000℃之间保温2小时，以去除低熔点物质和氧含量；在1900℃-2000℃保温4-8小时，烧结总时间为18小时-26小时/炉，保护气体为氢气。 

(5)热锻造：热锻造分为自由锻造和模具锻造二个步序，热锻造的开坯温度为1400℃-1450℃，开坯的第一次变形量为20％-30％之间，以后遵循一火一道次工艺原则进行热加工，最终锻件的变形量大于80％。 

(6)热轧制：热轧制的开坯温度为1400℃-1450℃，开坯的第一次变形量为30％-40％之间，以后遵循一火一道次工艺原则进行热加工，最终轧制件的变形量大于70％。 

现有技术中TZM制品的配比及其制造方法存在以下不足： 

1、TZM-364材料成分碳含量范围偏大，造成钼合金中有碳化钼的存在，碳化钼不能强化钼，反而会使合金变形性能变坏，碳化锆的弥散强化效果最好，由于锆含量偏小，使TZM的性能受到影响。 

2、将氢化钛、氢化锆等加入到钼粉中是采用粉末中加入粉末，属于固—固掺杂法。固—固掺杂一般是将不同的粉末混合均匀，它的缺点是如果掺杂的添加剂量很小(例如小于1％)的情况下，固—固掺杂就很难均匀，不均匀的粉末也就很难做出均匀的烧结块。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种钼合金，旨在解决上述问题； 

本发明还提供了制造上述钼合金的制造方法。 

为了解决上述技术问题，本发明的钼合金包括：碳(C)：100ppm-300ppm，0.01％-0.03％；钛(TI)：4000ppm-5500ppm，0.40％-0.55％；锆(ZR)：1210ppm-2000ppm，0.121％-0.2％；余量：二氧化钼(MoO₂)； 

本发明是通过以下步骤实现的： 

按配置100KgTZM粉末计算得出C、Ti、Zr的具体添加量：光学纯碳粉＝100×(0.01％-0.03％)＝10g-30g；TiH＝100×(0.4％-0.55％)＝400g-550g；ZrH＝100×(0.121％-0.2％)＝121g-200g；MoO₂＝133.33Kg(由MoO₂+2H₂＝Mo+H₂O方程式计算得到)； 

二氧化钼(MoO₂)固-固掺杂法： 

按计算得出C、Ti、Zr和MoO₂粉的实际重量，在V型混合器中将4种粉末充分混合均匀，V型混合器转速为10-30转/分，混合时间为16-24小时，装料量根据V型混合器的大小而定，为V型混合器容积的2/5-3/5； 

合金钼粉还原工艺： 

二氧化钼二次还原成钼粉的化学方程式：MoO₂+2H₂＝Mo+H₂O 

(1)还原设备：十三圆管钼丝加热电炉，舟皿尺寸按具体圆管而定， 舟皿内衬0.5mm钼片保证钼粉纯度； 

(2)装料量；200g-500g/舟，推舟速度：15分钟-30分钟/舟；氢气流量：立方米/小时/管，氢气露点温度小于-30℃； 

(3)炉温℃：1区；730-780，2区；840-870，3区；920-950，4区；920-950，5区；860-880； 

合金钼粉合批工艺： 

(1)过筛：采用台式振动筛，筛网用不锈钢80-160目过筛二次还原的TZM粉，剔除筛上物； 

(2)合批：将过筛的TZM粉末用V型混合器充分混合均匀，V型混合器转速为10-30转/分，混合时间为16-24小时，装料量根据V型混合器的大小而定，为V型混合器容积的2/5-3/5； 

TZM粉末的等静压制； 

TZM压制品烧结； 

热锻造； 

热轧制。 

上述TZM粉末的等静压制、TZM压制品烧结、热锻造、热轧制的步骤与现有技术一样。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是：能制造出性能均匀高强度和高延性的TZM板、棒、块原料。 

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述： 

本发明的TZM原料配方： 

碳含量为0.01％-0.03％(10g-30g)，钛含量为0.40％-0.55％(400g-550g)，锆含量为0.121％-0.2％(121g-200g)，其余为钼含量(钼含量转化为二氧化钼的重量是132.38Kg-132.7Kg)。 

美国TZM-364配方：碳含量为0.01％-0.04％(10g-40g)，钛含量为，0.40％-0.55％(400g-550g)，锆含量为0.06％-0.12％(60g-120g)，其余为钼含量(99.29Kg-99.53Kg)。 

从二个TZM配方比较中明显得知，锆的含量新组分0.121％-0.2％比TZM364组分0.06％-0.12％大，锆的原子半径：3.229×10^-10m，钛的原子半径：2.98×10^-10m，钼的原子半径：2.80×10^-10m。TZM钼合金的强化是通过Ti、Zr、C的加入形成了难熔碳化物TiC和ZrC相，由于在位错及杂质周围存在弹性应力场，当添加少量的合金元素时，它们将位于固熔体的最大位错堆积区，降低了弹性应力，也就降低了金属的内能；还使位错周围形成异类原子堆积，使位错难以迁移，原子半径大起到的强化作用就大，因此本发明的TZM材料高温强度有提高。由于本发明的碳含量按最低量配制，碳化钼相量变小，碳化钼会使合金变形性能变坏，因此本发明的TZM材料低温延性很好，TZM364标准的烧结毛坯在热压力加工时开裂严重，本发明的毛坯在热压力加工时基本没有开裂现象产生。 

在制造方法中： 

现有技术是将氢化钛、氢化锆、碳直接加入到钼粉中进行混合，固—固掺杂工艺在添加剂量较大时，混合均匀效果较好，工序简单成本低，它的缺点是如果掺杂的添加剂量很小(例如小于1％)的情况下，就很难均匀，不均匀的粉末也就很难做出均匀的烧结块。 

氢化钛化学稳定性较高，不和空气及水作用；氢化锆具有强还原性，受热或与潮气、即放出热量与氢气而引起燃烧和爆炸，因此氢化钛和氢化锆都不溶解于水，从而不能采用混合均匀的固—液掺杂工艺。本发明的方法虽然也是固—固掺杂法，但是工艺流程进行了重大改进：(1)将氢化钛、氢化锆、碳直接加入到二氧化钼粉末中进行混合工序；(2)二氧化钼粉末还原工序；(3)合金钼粉合批工序。本发明的方法特点在二氧化钼阶段将 微量元素添加进去，通过还原、过筛、合批过程使粉末混合均匀，最终制造出性能均匀的烧结毛坯。 

综上所述，本发明配制了更科学的TZM钼合金材料的组分。 

本发明使固—固掺杂法更合理科学化。 

Claims (1)

1.一种制造钼合金的方法，是通过以下步骤实现的：

(一)按配置100KgTZM粉末计算得出C、Ti、Zr的具体添加量：光学纯碳粉＝100×(0.01％-0.03％)＝10g-30g；氢化钛＝100×(0.4％-0.55％)＝400g-550g；氢化锆＝100×(0.121％-0.2％)＝121g-200g；MoO₂＝133.33Kg；

(二)二氧化钼(MoO₂)固-固掺杂法：

按计算得出C、Ti、Zr和MoO₂粉的实际重量，在V型混合器中将4种粉末充分混合均匀，V型混合器转速为10-30转/分，混合时间为16-24小时，装料量根据V型混合器的大小而定，为V型混合器容积的2/5-3/5；

(三)合金钼粉还原工艺：

二氧化钼二次还原成钼粉的化学方程式：MoO₂+2H₂＝Mo+H₂O

(1)还原设备：十三圆管钼丝加热电炉，舟皿尺寸按具体圆管而定，舟皿内衬0.5mm钼片保证钼粉纯度；

(2)装料量；200g-500g/舟，推舟速度：15分钟-30分钟/舟；氢气流量：立方米/小时/管，氢气露点温度小于-30℃；

(3)炉温℃：1区；730-780，2区；840-870，3区；920-950，4区；920-950，5区；860-880；

(四)合金钼粉合批工艺：

(1)过筛：采用台式振动筛，筛网用不锈钢80-160目过筛二次还原的TZM粉，剔除筛上物；

(2)合批：将过筛的TZM粉末用V型混合器充分混合均匀，V型混合器转速为10-30转/分，混合时间为16-24小时，装料量根据V型混合器的大小而定，为V型混合器容积的2/5-3/5；

(五)TZM粉末的等静压制；

(六)TZM压制品烧结；

(七)热锻造；

(八)热轧制。