CN1296503C - 一种钼基合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钼基合金及其制备方法，该钼基合金的组分及重量百分比为：氢化锆、碳、颗粒小于0.6微米以下的碳化钛分别为0.1%—0.8%、0.1%—0.8%、0.4%—2.2%，和颗粒小于40纳米以下的稀土氧化物0.5%—2.5%，其余量为钼。将上述组分的物料经均质、压制和烧结工序制成该钼基合金。该钼基合金可强化固溶体，使其形成弥散的碳化物相，提高了固溶体晶体晶格的键合力。
Description
技术领域：
本发明涉及一种钼基合金组合物及制备该组合物的方法，特别是适合于钢管轧机的心轴顶头和稀土冶炼行业坩锅等场合使用的钼基合金的组合物及其制备该组合物的方法。
背景技术：
对纯钼的检测数据显示，纯钋在20℃时的强度δB＝40kg/mm2左右，在1000℃时的强度为7kg/mm2，而在2000℃时的强度仅为1.2kg/mm2，所以，纯钼并没有高温强度和抗氧化等独特的物理性能。但钼是一种能保持其合金的高温强度和耐腐蚀性能的金属，即钼以合金的形式存在能具备独特的物理性能，例如，用钼合金制作钢管轧机上所使用的心轴顶头和坩锅等钼合金部件就能在恶劣环境下工作。
在现有技术中，曾提出过多种关于钼合金的组成及其制备方法的技术。如中国专利1540017号公告的“一种制备低氧TZM钼合金棒坯的方法”就一个例子。该方法中采用高碳钼粉及氢化钛和氢化锆为原料，经混合和烧结制成钼合金棒坯。其意是用碳作脱氧剂，并生成一氧化碳气体，同时，利用微量的锆元素提高钼的高温强度和微量的钛提高钼的再结晶温度。虽然该种钼合金与铸态钼合金相比具有成本低，工艺简单和寿命相对高等优点，但，制备该合金在配料时必须控制碳的含量，因过量的碳与钼化合后所生成的碳化钼可使钼合金的塑性及韧性降低，而脆性增强，并出现龟裂等问题；此外，由于氢化钛和氢化锆在碳化时脱出的氢气与残存的氧反应生成较多的水，水在排除过程中会阻碍晶界移动而形成孔洞，进而影响钼合金的使用寿命。
另外，中国专利1083900号还公开了名称为“一种掺杂钼合金的制备方法”的技术。该方法是先利用仲钼酸铵溶液与稀土盐溶液均匀混合制取掺杂仲钼酸铵，然后将仲钼酸铵还原制成掺杂钼粉，再经成型和烧结工序加工成各种制品。很显然，该技术采用的是液—液掺杂法制取钼合金粉，以使稀土元素能均匀地分布在钼中以形成复合氧化物，从而有效地提高钼材的综合力学性能。但，该种方法与粉末冶金法制备钼基合金相比还有一定差别。
特别是，在钼基合金中所添加的活性组分仅占其总重量的3％左右，而且活性组分要想与钼粉均匀地充分混合，其粒径是一个重要的参数，该参数决定了钼基合金单位晶界面上杂质的浓度及其他性质。如果活性组分的粒径过大，单位晶界面上杂质的浓度就会增加，而杂质中含有原子态的氧和碳等元素在晶界上的偏聚，晶间断裂的趋势增大，致使合金的强度和其他性能降低；同时，粒径大还能影响分子间的扩散，使其在烧结过程中不能充分地合金化，且在合金基体中存在较大的气孔，进而易出现裂纹，严重地影响其使用寿命。
发明内容：
本发明的任务是提供一种钼基合金，该合金利用微米和纳米技术解决晶界面杂质浓度和晶粒之间的键合力问题，以提高其硬度和强度及增加塑性。
本发明的另一个任务是提供一种制备上述钼基合金的方法。
本发明所提出的钼基合金所采用的组分及重量百分比为：氢化锆、碳、颗粒小于0.6微米以下的碳化钛分别为0.1％-0.8％、0.1％-0.8％、0.4％-2.2％，和颗粒为小于40纳米以下的稀土氧化物0.5％-2.5％，其余量为钼。添加稀土氧化物后，稀土元素与氧反应后生成多种复式氧化物，在固定了氧的同时还改变了晶界杂质存在的形态，使合金中不会产生较多的水而阻碍晶界的移动，进而合金中也不会出现大尺寸孔洞；同时，由于钛在合金中最终是以碳化钛的形式存在，而碳化钛可提高钼合金的耐磨性和再结晶温度，本发明中直接加入超细的碳化钛以避免脱氢过程中碳含量不足或生成碳化二钼；另外，由于微米级的碳化钛和纳米级的稀土氧化物在结构材料中存在大量的界面，而这些界面为原子提供了短程扩散的途径，这种高的扩散率使钼基合金具有独特的表面效应、体积效应和量子尺寸效应，可弥散地分布在钼基体中，能进一步提高钼基合金的硬度、强度、密度和高温性能。
所述稀土氧化物可由氧化铈或氧化钇或者是二者的混合物构成，当其是二者的混合物时，其重量百分比为氧化铈0.3％-1.5％，氧化钇0.2％--1.0％。其中，添加氧化铈可以抑制合金晶粒长粗和聚集，使单位晶界面上杂质浓度减少，合金的硬度、强度和塑性增加，而添加氧化钇在合金中主要以Zr0.4Ce0.6O2，Zr3Y4O12等复式氧化物的形式存在，可促进碳化物的形核长大，提高晶粒之间的键合力，起到净化晶界的作用，特别是固定了氧，避免合金中出现较多的大尺寸孔洞。
所述稀土氧化物可由氧化铈或氧化钇或氧化镧或者是三者的混合物构成，当其是三者的混合物时，氧化铈、氧化钇、氧化镧三者的重量百分比分别为0.3％--1.2％、0.2％--1.0％、0％--0.3％。
该钼基合金的组分及重量百分比为：氢化锆、碳、颗粒0.1至0.6微米的碳化钛分别为0.2％-0.6％、0.1％-0.6％、0.5％-2.0％，和颗粒为10至40纳米的氧化铈0.5％-1.5％，氧化钇0.3％-0.8％，其余量为钼。
用于制备上述钼基合金的方法，包括以下步骤：
均质：将氢化锆、碳粉和微米级的碳化钛及纳米级的稀土氧化物按预定量加入到钼粉基体中，然后再将所有物料放入混料机中充分混合；
压制：将上述均质后的预定量的混合物料装入胶套内并连同胶套一起放入等静压机中压制，其压力值在180至220兆帕之间保持至少4分钟取出压制工件；
烧结：将压制后的工件置入真空中频炉或氢气炉中烧结，其烧结温度逐渐上升到1900℃至2000℃之间并保持3-4小时。
所述均质步骤中还包括将氢化锆、碳粉、微米级的碳化钛和纳米级的稀土氧化物取出预定量，然后再取出其总重量的2倍的钼粉进行初混，最后再将初混后的物料加入钼粉基体中。
本发明提出的钼基合金所添加纳米级稀土元素可强化固溶体，使其形成弥散的碳化物相，提高了固溶体晶体晶格的键合力。经对用该钼基合金成品检测，其密度d≥9.3g/cm3，硬度HB200-230Kg/mm2，抗拉强度δb≥25Kg/mm2(1100℃)，用该钼基合金制作的钼顶头穿钢管所消耗的顶头由原来的0.50Kg/T降到0.30Kg/T以下，仅此一项便可获得经济效益上千万元。
具体实施方式：
实施例1，取TiC粉0.65kg、ZrH2粉0.15kg、CeC2粉0.5kg、Y2O3粉0.25kg、C粉0.2kg、Mo粉3.5kg，在不锈钢盘中用料铲搅拌均匀后过筛，装入小V型混料器混合90分钟。取Mo粉44.75kg与初混后的添加料，置于混料机中混合36小时。对制得的合金粉多点取样分析，无偏析现象，则采用手工装料。将钼合金粉称重后装入顶头产品胶套内，捣实密封后进行等静压制。压制压力200Mpa，保压5分钟。将密度检验合格的压制件，车削成一定锥度形状的顶头坯料。真空中频烧结2000℃，保温3小时，得到穿轧合金钢、不锈钢无缝管的钼顶头产品。
实施例2：取TiH2粉0.35kg、ZrH2粉0.1kg、CeC2粉0.25kg、Y2O3粉0.2kg、C粉0.1kg、Mo粉2kg，在混料器中予混80分钟，取Mo粉47kg与予混合的添加料，置于混料机中混合32小时。取样分析无偏析后，将钼合金粉称重装入坩埚或电极产品胶套内，进行等静压制，压制压力180Mpa，保压3分钟。车削压坯件后真空中频烧结1980℃，保温4小时，制得钼合金坩埚或电极产品。
Claims (6)
1、一种钼基合金，其特征在于：该钼基合金的组分及重量百分比为：氢化锆、碳、颗粒小于0.6微米以下的碳化钛分别为0.1％-0.8％、0.1％-0.8％、0.4％-2.2％，和颗粒小于40纳米以下的稀土氧化物0.5％-2.5％，其余量为钼。
2、根据权利要求1所述的钼基合金，其特征在于：所述稀土氧化物可由氧化铈或氧化钇或者是二者的混合物构成，当其是二者的混合物时，其重量百分比为氧化铈0.3％-1.5％，氧化钇0.2％-1.0％。
3、根据权利要求1所述的钼基合金，其特征在于：所述稀土氧化物可由氧化铈或氧化钇或氧化镧或者是三者的混合物构成，当其是三者的混合物时，氧化铈、氧化钇、氧化镧三者的重量百分比分别为0.3％-1.2％、0.2％-1.0％、0％-0.3％。
4、根据权利要求1所述的钼基合金，其特征在于：该钼基合金的组分及重量百分比为：氢化锆、碳、颗粒0.1至0.6微米的碳化钛分别为0.2％-0.6％、0.1％-0.6％、0.5％-2.0％，和颗粒为10至40纳米的氧化铈0.5％-1.5％，氧化钇0.3％-0.8％，其余量为钼。
5、制备权利要求1中所述钼基合金的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
均质：将氢化锆、碳粉和微米级的碳化钛及纳米级的稀土氧化物按预定量加入到钼粉基体中，然后再将所有物料放入混料机中充分混合；
压制：将上述均质后的预定量的混合物料装入胶套内并连同胶套一起放入等静压机中压制，其压力值在180至220兆帕之间并保持至少4分钟取出压制工件；
烧结：将压制后的工件置入真空中频炉或氢气炉中烧结，其烧结温度逐渐上升到1900℃至2000℃之间并保持3-4小时。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述均质步骤中还包括将氢化锆、碳粉、微米级的碳化钛和纳米级的稀土氧化物取出预定量，然后再取出其总重量的2倍的钼粉进行初混，最后再将初混后的物料加入钼粉基体中。
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