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地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％。
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1.5，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％。
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，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％。
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。