CN1786236A - 一种铱铌硅高温合金材料及其制备方法 - Google Patents
一种铱铌硅高温合金材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1786236A CN1786236A CN 200510130059 CN200510130059A CN1786236A CN 1786236 A CN1786236 A CN 1786236A CN 200510130059 CN200510130059 CN 200510130059 CN 200510130059 A CN200510130059 A CN 200510130059A CN 1786236 A CN1786236 A CN 1786236A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- iridium
- high temperature
- niobium
- alloy material
- temperature alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种铱铌硅高温合金材料，该合金材料由69at％～93at％的铱Ir、5at％～25at％的铌Nb和2at％～6at％的硅Si组成。该铱铌硅高温合金材料密度为17～21.2g/cm3，室温维氏硬度为HV600～750，在1500℃屈服强度为150MPa～280MPa，1200℃屈服强度为300MPa～650MPa，工作温度为1200℃～1500℃。
Description
技术领域
本发明涉及一种铱铌硅高温合金材料，是通过在铱基体中添加铌元素进行固溶强化，添加硅元素形成高温强化相硅化物进行强化的方式来提高铱基合金的高温力学性能的一种新型超高温合金材料。
背景技术
随着我国航空航天事业的蓬勃发展，对新一代航天器的一些关键材料提出的要求是在1200℃～1500℃的温度范围具有足够高的强度，新型的超高温材料的开发是摆在我国材料科技工作者面前的紧迫任务。目前，在高温领域使用最成熟和最广泛的Ni基超合金的最高工作温度为1050℃～1150℃，该温度已达到Ni基超合金熔点的80％～85％，进一步提高其使用温度是非常有限的。为了满足1200℃～1500℃的温度范围航天器的服役条件的需要，必须开发难熔金属基的新型超高温合金材料以适应相关工业领域未来发展的需要。
过度族难熔金属铱是一种具有高熔点(2443℃)、良好的抗氧化性和易于合金化的金属元素，是最有希望在超高温领域应用的金属材料。在铱中添加与之有较大原子尺寸差异和高熔点的Nb元素以及可形成硅化物的Si元素，应用多元合金化，固溶强化和硅化物强化的设计思想可显著提高铱基合金的高温力学性能，可以作为航天器在1200℃～1500℃范围内使用的高温结构材料和高温涂层材料并满足不同的强度需求。
发明内容
本发明的目的是提出一种高强度IrNbSi高温合金材料，该IrNbSi高温合金作为结构材料在1200℃～1500℃的温度下使用，可以超越目前金属镍基、铁基和钴基高温材料所无法达到的超高温强度。
本发明的一种铱铌硅高温合金材料，该合金材料由69at％～93at％的铱Ir、5at％～25at％的铌Nb和2at％～6at％的硅Si组成，并且上述各成分的含量之和为100％。
本发明的一种铱铌硅高温合金材料，也可以由70at％～86at％的铱Ir、10at％～25at％的铌Nb和4at％～5at％的硅Si组成，并且上述各成分的含量之和为100％。
所述的铱铌硅高温合金材料，其组份为Ir85Nb10Si5或者Ir71Nb25Si4。
所述的铱铌硅高温合金材料，该铱铌硅高温合金材料密度为17～21.2g/cm3，室温维氏硬度为HV600～750，在1500℃屈服强度为150MPa～280MPa，1200℃屈服强度为300MPa～650MPa，工作温度为1200℃～1500℃。
本发明的一种铱铌硅高温合金材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)按配比称取纯度为99.99％的铱Ir、纯度为99.99％的铌Nb和纯度为99.99％的硅Si；
(2)将上述称取的铱Ir、铌Nb和硅Si原料放入非自耗真空电弧炉内，抽真空至1×10-3Pa～5×10-3Pa，充入高纯氩气至1.01×105Pa，然后在1900℃～2000℃熔炼成IrNbSi高温合金锭材；
(3)将上述制得的IrNbSi高温合金锭材放入真空热处理炉内进行热处理，在真空度1×10-3Pa～5×10-3Pa，热处理温度1750℃下保温160～180小时后，随炉冷却，即得到Ir69～93Nb5～25Si2～6高温合金材料。
本发明IrNbSi高温合金材料的优点：在Ir基础上，应用多元合金化，饱和固溶强化和硅化物强化的原则，通过添加与Ir有较大原子尺寸差异的高熔点的Nb元素以及高温强化相硅化物的形成元素Si来提高合金的高温力学性能，这类合金材料密度为17～21.2g/cm3，室温维氏硬度为HV600～750，可在1200℃～1500℃的超高温中工作。
附图说明
图1是具有高温强度的Ir85Nb10Si5合金在1200℃和1500℃温度下的压缩实验应力应变曲线图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一种铱铌硅高温合金材料，该合金材料由69at％～93at％的铱Ir、5at％～25at％的铌Nb和2at％～6at％的硅Si组成，并且上述各成分的含量之和为100％。
本发明的一种铱铌硅高温合金材料，也可以由70at％～86at％的铱Ir、10at％～25at％的铌Nb和4at％～5at％的硅Si组成，并且上述各成分的含量之和为100％。
本发明的一种铱铌硅高温合金材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)按配比称取纯度为99.99％的铱Ir、纯度为99.99％的铌Nb和纯度为99.99％的硅Si；
(2)将上述称取的铱Ir、铌Nb和硅Si原料放入非自耗真空电弧炉内，抽真空至1×10-3Pa～5×10-3Pa，充入高纯氩气至1.01×105Pa，然后在1900℃～2000℃熔炼成IrNbSi高温合金锭材；
(3)将上述制得的IrNbSi高温合金锭材放入真空热处理炉内进行热处理，在真空度1×10-3Pa～5×10-3Pa，热处理温度1750℃下保温160～180小时后，随炉冷却，即得到Ir69～93Nb5～25Si2～6高温合金材料。
在本发明中，为了使金相组织尽可能达到平衡状态，一方面使硅Si尽可能多的固溶在铱Ir的固溶体中达到固溶强化的目的，另一方面使其余的硅Si扩散至铱Ir的晶界上形成硅化物的网络或者框架，也起到进一步强化作用。保温温度的高低和保温时间长短在本发明Ir69～93Nb5～25Si2～6高温合金材料处理中具有创造性，也是本材料制备过程中的十分关键技术。
采用线切割方法，将上述制得的IrNbSi高温合金材料中切取直径d＝3mm，高度h＝5mm的圆柱体作为力学性能测试样品，采用日本岛津高温实验机进行压缩压力-应变测试，压缩应变速率为3×10-4s-1，真空度为1×10-2Pa～1×10-3Pa，实验温度为25℃、1200℃和1500℃，圆柱体试样在实验前用1000#SiC砂纸进行表面抛光，加热速度为10℃/分钟，到达设定温度后保持10分钟再进行压缩实验。铱铌硅高温合金材料的主要性能参数如下表所示：
| 测试温度(℃) | 屈服强度(MPa) | 维氏硬度(HV) | 密度(g/cm3) |
| 25 | - | 600～750 | 17～21.2 |
| 1200 | 300～650 | - | |
| 1500 | 150～280 | - |
上表所示本发明的Ir69～93Nb5～25Si2～6高温合金材料，可以超越目前金属镍基、铁基和钴基高温材料所无法达到的超高温强度，可以满足在1200℃～1500℃范围内的强度需要。即可作为高温结构材料使用，也可作为高温涂层材料使用。
实施例1：制Ir85Nb10Si5合金材料
(1)称取85at％纯度为99.99％的铱(Ir)、10at％纯度为99.99％的铌(Nb)和5at％纯度为99.99％的硅(Si)；
(2)将上述称取的铱、铌和硅原料放入非自耗真空电弧炉内，抽真空至3×10-3Pa，充入高纯氩气至1.01×105Pa，然后在2000℃熔炼成IrNbSi高温合金锭材；
(3)将上述制得的IrNbSi高温合金锭材放入真空热处理炉内进行热处理，在真空度3×10-3Pa，热处理温度1750℃下保温168小时后，随炉冷却，即得到Ir85Nb10Si5高温合金材料。
采用线切割方法，将制得的Ir92Hf3Nb5高温合金材料中切取直径d＝3mm，高度h＝5mm的圆柱体作为力学性能测试样品，采用日本岛津高温实验机进行压缩压力——应变测试，压缩应变速率为3×10-4s-1，真空度为1×10-3Pa，测试温度1800℃、1950℃，圆柱体试样在实验前用1000#SiC砂纸进行表面抛光，加热速度为10℃/分钟，到达设定温度后保持10分钟再进行压缩实验。不同温度条件下Ir92Hf3Nb5的压缩应力-应变曲线参见图1所示，在1500℃下，Ir85Nb10Si5的0.2％屈服强度为186MPa，最高强度为280MPa。在1200℃下，Ir85Nb10Si5的0.2％屈服强度为500MPa，最高强度为680MPa。实验结束后发现Ir85Nb10Si5圆柱试样没有发生永久塑性变形，因而可以确定该Ir85Nb10Si5高温合金材料能够满足在1200℃～1500℃范围内的强度需要。Ir85Nb10Si5高温合金材料在本发明的成份范围内，具有三相fcc/L12/Silicide主导的结构，是所设计IrNbSi高温合金中强度最高的合金之一。
实施例2：制Ir71Nb25Si4合金材料
(1)称取71at％纯度为99.99％的铱(Ir)、25at％纯度为99.99％的铌(Nb)和4at％纯度为99.99％的硅(Si)；
(2)将上述称取的铱、铌和硅原料放入非自耗真空电弧炉内，抽真空至3×10-3Pa，充入高纯氩气至1.01×105Pa，然后在1900℃熔炼成IrNbSi高温合金锭材；
(3)将上述制得的IrNbSi高温合金锭材放入真空热处理炉内进行热处理，在真空度3×10-3Pa，热处理温度1750℃下保温168小时后，随炉冷却，即得到Ir71Nb25Si4高温合金材料。
采用线切割方法，将制得的Ir90Hf4Nb6高温合金材料中切取直径d＝3mm，高度h＝5mm的圆柱体作为力学性能测试样品，采用日本岛津高温实验机进行压缩压力——应变测试，压缩应变速率为3×10-4s-1，真空度为1×10-3Pa，测试温度25℃、1200℃、1500℃，圆柱体试样在实验前用1000#SiC砂纸进行表面抛光。加热速度为10℃/分钟，到达设定温度后保持10分钟再进行压缩实验。Ir71Nb25Si4高温合金材料的主要性能参数如下表所示：
| 测试温度℃ | 屈服强度MPa | 维氏硬度HV | 密度(ρ)g/cm3 |
| 25 | - | 600 | 17 |
| 1200 | 300 | - | |
| 1500 | 152 | - |
上表所示的Ir71Nb25Si4高温合金材料，可以超越目前金属镍基、铁基和钴基高温材料所无法达到的超高温强度。
本发明的IrNbSi高温合金在公开的有效用量范围内，具有两相L12/Silicide主导的结构，是密度最低的合金(17g/cm3)。可以满足在1200℃～1500℃范围内的强度需要。即可作为高温结构材料使用，也可作为高温涂层材料使用。
Claims (7)
1、一种铱铌硅高温合金材料，其特征在于：该合金材料由69at％～93at％的铱Ir、5at％～25at％的铌Nb和2at％～6at％的硅Si组成，并且上述各成分的含量之和为100％。
2、根据权利要求1所述的铱铌硅高温合金材料，其特征在于：该合金材料由70at％～86at％的铱Ir、10at％～25at％的铌Nb和4at％～5at％的硅Si组成，并且上述各成分的含量之和为100％。
3、根据权利要求1或2所述的铱铌硅高温合金材料，其特征在于：该铱铌硅高温合金材料为Ir85Nb10Si5。
4、根据权利要求1或2所述的铱铌硅高温合金材料，其特征在于：该铱铌硅高温合金材料为Ir71Nb25Si4。
5、根据权利要求1或2所述的铱铌硅高温合金材料，其特征在于：该铱铌硅高温合金材料密度为17～21.2g/cm3，室温维氏硬度为HV600～750，在1500℃屈服强度为150MPa～280MPa，1200℃屈服强度为300MPa～650MPa。
6、根据权利要求1或2所述的铱铌硅高温合金材料，其特征在于：该铱铌硅高温合金材料工作温度为1200℃～1500℃。
7、一种铱铌硅高温合金材料的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)按配比称取纯度为99.99％的铱Ir、纯度为99.99％的铌Nb和纯度为99.99％的硅Si；
(2)将上述称取的铱Ir、铌Nb和硅Si原料放入非自耗真空电弧炉内，抽真空至1×10-3Pa～5×10-3Pa，充入高纯氩气至1.01×105Pa，然后在1900℃～2000℃熔炼成IrNbSi高温合金锭材；
(3)将上述制得的IrNbSi高温合金锭材放入真空热处理炉内进行热处理，在真空度1×10-3Pa～5×10-3Pa，热处理温度1750℃下保温160～180小时后，随炉冷却，即得到Ir69～93Nb5～25Si2～6高温合金材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200510130059 CN1786236A (zh) | 2005-12-08 | 2005-12-08 | 一种铱铌硅高温合金材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200510130059 CN1786236A (zh) | 2005-12-08 | 2005-12-08 | 一种铱铌硅高温合金材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1786236A true CN1786236A (zh) | 2006-06-14 |
Family
ID=36783848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200510130059 Pending CN1786236A (zh) | 2005-12-08 | 2005-12-08 | 一种铱铌硅高温合金材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1786236A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101168815B (zh) * | 2007-12-05 | 2010-06-02 | 北京航空航天大学 | 片层铌钼硅基原位复合材料及其制备方法 |
-
2005
- 2005-12-08 CN CN 200510130059 patent/CN1786236A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101168815B (zh) * | 2007-12-05 | 2010-06-02 | 北京航空航天大学 | 片层铌钼硅基原位复合材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jiao et al. | Strategies for improving ductility of ordered intermetallics | |
| CN108950303B (zh) | 一种强韧钛合金及其制备方法 | |
| CN111136272B (zh) | 能显著降低lam钛合金强度和塑性各向异性的热处理方法 | |
| Zhang et al. | Synthesis and characterization of MAX phase Cr2AlC based composite coatings by plasma spraying and post annealing | |
| CN109434119A (zh) | 一种高韧性MXene相掺杂钼合金的制备方法 | |
| CN113981328B (zh) | 表面自发连续生成三氧化二铝膜的含铝奥氏体不锈钢及其制备方法 | |
| CN109266946B (zh) | 一种Ti基高熵非晶-枝晶复合材料的制备方法 | |
| CN109536883B (zh) | 一种提高Ti-45Al-8.5Nb合金高温抗氧化性的方法 | |
| CN113528986B (zh) | 一种超高韧性大尺寸锆基非晶合金及其制备方法和应用 | |
| CN116005059B (zh) | 一种高强韧双BCC结构TaMoZrTiAl系难熔高熵合金 | |
| CN113584416A (zh) | 一种用于TiAl合金表面的TiAlCr抗氧化涂层及其制备方法 | |
| CN110253000B (zh) | 一种多晶粒尺度多层高熵合金的制备方法 | |
| CN1786236A (zh) | 一种铱铌硅高温合金材料及其制备方法 | |
| CN100335667C (zh) | 一种铌钨铪硅高温合金材料及其制备方法 | |
| CN1274858C (zh) | 一种钛镍铝铌高温合金材料 | |
| CN104894434B (zh) | 一种组织稳定的抗热腐蚀镍基高温合金 | |
| CN109252137B (zh) | 锆合金表面涂层的制备方法 | |
| CN113774253B (zh) | 一种宽温域的耐磨材料及制备方法与应用 | |
| CN115821143A (zh) | 一种耐高温磨损的AlCoCrFeNiNbx高熵合金 | |
| CN1294286C (zh) | 一种铱铪铌高温合金材料及其制备方法 | |
| CN115404385A (zh) | 一种有优异室温拉伸延展性的难熔高熵合金及其制备方法 | |
| CN114058924A (zh) | 一种提高双相高熵合金CoCrNiCu耐磨性能的方法 | |
| Li et al. | Ultra-high temperature Mo–Si–B alloys—Synthesis, microstructural and mechanical characterization | |
| CN1789459A (zh) | 一种单相铌钨铪超高温合金材料 | |
| CN1718794A (zh) | 一种铱铪锆超高温合金 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |