CN101698919A

CN101698919A - 颗粒增强钼基复合材料及其制备方法

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Publication number: CN101698919A
Application number: CN200910309262A
Authority: CN
Inventors: 魏世忠; 吴文君; 徐流杰; 张二召; 代宝珠; 李继文; 张国赏; 马向东
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2029-11-04
Also published as: CN101698919B

Abstract

本发明公开了一种颗粒增强钼基复合材料，是由以下质量百分比的原料制成：硝酸铝2.52～17.26％，四钼酸铵41.37～48.74％，柠檬酸41.37～48.74％。同时还公开了一种颗粒增强钼基复合材料的制备方法。本发明的颗粒增强钼基复合材料是在钼金属基体中均匀分散有氧化铝颗粒，结合Mo与Al₂O₃的性能特点制备出的具有较高的高温耐磨性、高温抗蠕变性能和再结晶温度的钼基复合材料；而且本发明工艺简单，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

颗粒增强钼基复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种颗粒增强钼基复合材料，同时涉及一种该颗粒增强钼基复合材料的制备方法。

背景技术

金属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、很好的抗热震性能、抗磨损性能、耐熔盐和液态轻金属腐蚀等特性，在化学工业、冶金工业及金属压力加工工业、航空航天工业和核能技术等领域获得广泛的应用，是现代科技和工业领域中具有战略意义的金属材料。同时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的广泛使用。目前的钼合金主要为TZM合金和稀土钼合金，但随着科技发展和社会进步，目前的钼合金已不能满足个行业和技术领域的要求。

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颗粒增强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：一种颗粒增强钼基复合材料，是由以下质量百分比的原料制成：硝酸铝2.52～17.26％，四钼酸铵41.37～48.74％，柠檬酸41.37～48.74％。

所述钼基复合材料由以下组分组成：氧化铝和钼，其中氧化铝的体积百分比为3～20％。

所述氧化铝的粒度为0.3～0.6微米。

所述钼的粒度为1～3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)称取配方量的硝酸铝、四钼酸铵和柠檬酸，加水配成相应的溶液，将四钼酸铵溶液与柠檬酸溶液均匀混合，再加入硝酸铝溶液均匀混合，调节混合溶液的pH值为1～2.5，静置获得溶胶；

2)将溶胶于80～85℃条件下加热蒸干得到凝胶；然后将凝胶在110～120℃真空干燥得到干凝胶；再将干凝胶进行粉碎，在530～550℃煅烧得到掺入氧化铝颗粒的复合粉末；

3)将得到的复合粉末在500～950℃氢气气氛下还原7～11小时；

4)将还原的复合粉末在180～220MPa压力下冷等静压，制成坯料；

5)将坯料在1700～1900℃氢气气氛下烧结16～18小时，制得颗粒增强钼基复合材料。

步骤2)所述煅烧时间为3～5小时。

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

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。

所述氧化铝的粒度为0.3～0.6微米。

所述钼的粒度为1～3微米。

氧化铝晶体又称刚玉，抗腐蚀性强、耐热性能好、强度和硬度高，是耐火氧化物中化学性质最稳定、机械强度最高的一种。低温下氧化铝存在着几种不同的晶型，在加热至温度超过1600℃时，所有的晶型均变为稳定的α-Al₂O₃，并且这个转变过程是不可逆的。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，结合Mo与Al₂O₃的性能特点制备出的钼基复合材料，具有较高的高温耐磨性、高温抗蠕变性能和再结晶温度，同时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，采用了溶胶凝胶法制备复合粉末，并对制备方法中的参数进行优化，使所得到的钼基复合材料中氧化铝的颗粒度为0.3～0.6微米，同时又保证了氧化铝与钼基的均匀混合。

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1450℃左右，高温抗蠕变性能是MLa钼合金的1～2倍，高温强度和硬度是TZM钼合金的1～2倍，高温耐磨性为TZM钼合金的2～3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

本实施例的颗粒增强钼基复合材料采用的原料及质量百分比为：四钼酸铵45.76％，柠檬酸45.76％，硝酸铝8.48％。

本实施例的颗粒增强钼基复合材料的制备方法包括以下步骤：

1)称取配方量的硝酸铝、四钼酸铵和柠檬酸，加水配成相应的溶液，将四钼酸铵溶液与柠檬酸溶液均匀混合，再加入硝酸铝溶液均匀混合，用氨水调节混合溶液的pH值为1，然后静置2小时，得到溶胶；

2)将溶胶于80℃条件下采用水浴加热蒸干，制得凝胶，然后将凝胶在115℃真空干燥箱中烘干得到干凝胶；将干凝胶粉碎，在530℃空气环境下煅烧3小时得到掺入氧化铝颗粒复合粉末；

3)将复合粉末首先在520℃氢气气氛下还原反应5小时，然后在850℃氢气气氛下还原反应6小时，得到复合钼粉；

4)把得到的复合钼粉在180MPa压力下冷等静压制成坯料；

5)将坯料在1850℃氢气气氛下烧结17.5小时，制得体积分数为10％的氧化铝颗粒增强钼基复合材料。钼基复合材料中氧化铝的粒度为0.3～0.5微米，钼晶粒大小为2～3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1430℃，高温抗蠕变性能是MLa钼合金的1.4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2.2倍。

实施例2

本实施例的颗粒增强钼基复合材料采用的原料及质量百分比为：四钼酸铵48.75％，柠檬酸48.75％，硝酸铝2.50％。

1)称取配方量的硝酸铝、四钼酸铵和柠檬酸，加水配成相应的溶液，将四钼酸铵溶液与柠檬酸溶液均匀混合，再加入硝酸铝溶液均匀混合，用氨水调节混合溶液的pH值为1.5，然后静置2小时，得到溶胶；

2)将溶胶于85℃条件下采用水浴加热蒸干，制得凝胶，然后将凝胶在110℃真空干燥箱中烘干得到干凝胶；将干凝胶进行粉碎，在540℃空气环境下煅烧4小时，得到掺入氧化铝颗粒复合粉末；

3)将复合粉末在540℃氢气气氛下还原反应3小时，然后在900℃氢气气氛下还原反应4小时，得到复合钼粉；

4)把得到的复合钼粉在220MPa压力下冷等静压制成坯料；

5)将坯料在1750℃氢气气氛下烧结16小时，制得体积分数为3％的氧化铝颗粒增强钼基复合材料。钼基复合材料中氧化铝的粒度为0.3～0.4微米，钼晶粒大小为1～2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1410℃，高温抗蠕变性能是MLa钼合金的1倍，高温强度和硬度是TZM钼合金的1倍，高温耐磨性为TZM钼合金的2倍。

实施例3

本实施例的颗粒增强钼基复合材料采用的原料及质量百分比为：四四钼酸铵41.37％，柠檬酸41.37％，硝酸铝17.26％。

1)称取配方量的硝酸铝、四钼酸铵和柠檬酸，加水配成相应的溶液，四钼酸铵溶液与柠檬酸溶液均匀混合，再加入硝酸铝溶液均匀混合，用氨水调节混合溶液的pH值为2，然后静置2小时得到溶胶；

2)将溶胶于82℃条件下采用水浴加热蒸干，制得凝胶，然后将凝胶在120℃真空干燥箱中烘干得到干凝胶；将干凝胶进行粉碎，在550℃空气环境下煅烧5小时得到掺入氧化铝颗粒复合粉末；

3)将复合粉末在530℃氢气气氛下还原反应4小时，然后在950℃氢气气氛下还原反应5小时，得到复合钼粉；

4)把得到的复合钼粉在180MPa压力下冷等静压制成坯料；

5)将坯料在1900℃氢气气氛下烧结17小时，制得体积分数为20％的氧化铝颗粒增强钼基复合材料。钼基复合材料中氧化铝的粒度为0.4～0.6微米，钼晶粒大小为2～3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1455℃，高温抗蠕变性能是MLa钼合金的2倍，高温强度和硬度是TZM钼合金的2倍，高温耐磨性为TZM钼合金的2.7倍。

实施例4

本实施例的颗粒增强钼基复合材料采用的原料及质量百分比为：四四钼酸铵43.58％，柠檬酸43.58％，硝酸铝12.84％。

1)称取配方量的硝酸铝、四钼酸铵和柠檬酸，加水配成相应的溶液，将四钼酸铵溶液与柠檬酸溶液均匀混合，再加入硝酸铝溶液均匀混合，用氨水调节混合溶液的pH值为2.5，然后静置2小时，得到溶胶；

2)将溶胶于83℃条件下采用水浴加热蒸干，制得凝胶，然后将凝胶在115℃真空干燥箱中烘干得到干凝胶；将干凝胶进行粉碎，在540℃空气环境下煅烧4.5小时得到掺入氧化铝颗粒复合粉末；

3)将复合粉末首先在540℃氢气气氛下还原反应4.5小时，然后在900℃氢气气氛下还原反应5小时，得到复合钼粉；

4)把得到的复合钼粉在200MPa压力下冷等静压制成坯料；

5)将坯料在1700℃氢气气氛下烧结18小时，制得体积分数为15％的氧化铝颗粒增强钼基复合材料。钼基复合材料中氧化铝的粒度为0.4～0.5微米，钼晶粒大小为2～3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1430℃，高温抗蠕变性能是MLa钼合金的1.7倍，高温强度和硬度是TZM钼合金的1.8倍，高温耐磨性为TZM钼合金的3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：其中原料所采用的四钼酸铵为二钼酸铵、七钼酸铵、八钼酸铵等，也可以通过本发明的制备方法实现本发明的发明目的；其中所采用的硝酸铝也可以为醋酸铝、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

1.一种颗粒增强钼基复合材料，其特征在于：是由以下质量百分比的原料制成：硝酸铝2.52～17.26％，四钼酸铵41.37～48.74％，柠檬酸41.37～48.74％。

2.根据权利要求1所述的颗粒增强钼基复合材料，其特征在于：所述钼基复合材料由以下组分组成：氧化铝和钼，其中氧化铝的体积百分比为3～20％。

3.根据权利要求2所述的颗粒增强钼基复合材料，其特征在于：所述氧化铝的粒度为0.3～0.6微米。

4.根据权利要求2所述的颗粒增强钼基复合材料，其特征在于：所述钼的粒度为1～3微米。

5.一种如权利要求1所述颗粒增强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：

3)将得到的复合粉末在500～950℃氢气气氛下还原7～11小时；

6.根据权利要求5所述钼基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2)所述煅烧时间为3～5小时。

7.根据权利要求5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3～5小时，然后在850～950℃氢气气氛下还原反应4～6小时。

8.根据权利要求5或6或7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。

9.根据权利要求8所述钼基复合材料的制备方法，其特征在于：所述氧化铝的粒度为0.3～0.6微米。

10.根据权利要求8所述钼基复合材料的制备方法，其特征在于：所述钼的粒度为1～3微米。