一种基于冷变形调控的硼化锆增强钼合金及其制备方法

本发明属于合金材料，具体涉及一种基于冷变形调控的硼化锆增强钼合金及其制备方法。

背景技术：

1、钼是一种具有广阔应用前景的难熔金属，其特点是熔点高，热膨胀系数小，与液态金属li/na等相容性好以及具有优良的导电导热性和耐腐蚀性。因此，钼合金在先进制造系统、航空航天推进部件、核聚变堆第一壁材料等领域具有广泛的应用前景。然而钼的本征属性且杂质元素（o、n）在钼晶界处偏聚，导致纯钼在室温下延展性极低，并且存在高温下强度不足、易发生再结晶脆化以及辐照后潜在的脆化问题，从而限制了其在各种高性能要求领域中的推广应用。

2、目前研究人员主要通过第二相弥散强化与形变强化耦合的方法改善钼的强塑性问题。第二相弥散强化是通过球磨、液液掺杂等方法引入高温陶瓷第二相颗粒，如一些碳化物陶瓷和氧化物陶瓷（zrc、tic、zro2、y2o3）等，在后续烧结过程中钉扎晶界、细化钼晶粒，协同提升钼合金的强塑性。此外，还通过高温旋锻和轧制对钼合金的组织结构进行改性，通过热加工处理合金的组织性能得到进一步改善，致密度增加，从而提高了钼合金的力学性能。然而，上述强化相难以直接与钼合金中的杂质元素相互作用，同时，热加工带来的晶粒细化效果有限。

技术实现思路

1、为了解决上述现有钼合金制备工艺中存在的不足，本发明提供一种基于冷变形调控的硼化锆增强钼合金及其制备方法，通过在钼合金中引入高温陶瓷硼化锆，其能在烧结过程中与杂质氧发生反应净化基体，同时还能起到钉扎晶界、细化晶粒的效果，并且通过在室温下对合金进行动态塑性变形，引入高密度位错，结合退火工艺改善合金的组织结构，最终实现钼合金的强韧性协同匹配。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于冷变形调控的硼化锆增强钼合金的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、原材料准备：将钼粉和硼化锆粉末混合，得到混合粉末；所述钼粉的纯度≥99wt.%，粒径为1µm~2µm；所述硼化锆粉末的纯度≥99wt.%，粒径为0.2µm~0.5µm；所述混合粉末中硼化锆的质量分数为0.7%；

4、s2、球磨和烧结：在氢氩混合气（氢气的体积分数为10%）保护下，将s1得到的混合粉末进行球磨，得到球磨后的混合粉末，所述球磨的条件为：球料比为13:1，转速为300r/min，球磨时间为4h，磨球是材质为wc的硬质合金球，粒径为5mm~15mm；然后对球磨后的混合粉末进行预压和烧结处理，得到烧结坯料，所述预压方法为：将球磨后的混合粉末放入石墨模具中，在压力为25mpa的条件下预压5min，得到预压后的混合粉末；所述烧结方法为：将预压后的混合粉末在真空度<10-2pa的条件下进行两段式真空热压烧结，程序为：先以10℃/min的升温速率从室温升温至1100℃，在压力为50mpa的条件下保温1h；再在50mpa条件下，以10℃/min的升温速率升温至1600℃，保温0.5h，然后自然冷却至室温；

5、s3、动态塑性变形：将s2得到的烧结坯料在室温下进行多道次动态塑性变形，每道次变形量5~20%，总变形量为50%~80%，得到钼合金。

6、优选地，还包括：

7、s4、退火：将s3得到的钼合金在氩气环境下进行退火；

8、s5、二次动态塑性变形：将s4得到的退火后的钼合金继续在室温下进行多道次动态塑性变形，总变形量为50%~80%，每道次变形量5~20%；

9、s6、最终退火：将s5得到的钼合金在氩气环境下进行退火；

10、所述退火工艺为：先以5℃/min的升温速率从室温升温至900~1300℃，保温0.5~2h，然后炉冷至室温。

11、本发明与现有技术相比具有以下显著的技术效果：

12、1、本发明引入高温陶瓷硼化锆强化钼合金，在烧结过程中硼化锆可以吸收合金中的杂质氧，净化基体，生成的氧化锆颗粒还可以钉扎晶界和位错，引起细晶强化和弥散强化。

13、2、本发明通过霍普金森压杆在室温下进行动态塑性变形，可以向钼合金中引入高密度位错，同时使晶粒纤维化，在后续退火过程中高密度位错转化为亚晶界，细化晶粒，这些位错还可以作为可动位错通过滑移提高合金塑性；纤维状晶粒和亚晶组成的层状结构可以阻碍裂纹扩展，从而提高合金强度，最终获得强塑性协同提升的钼合金。

14、3、本发明通过合理控制冷变形量及后续退火工艺，可以获得非常细小、均匀的显微组织，显著提高材料的强度和塑性，所得钼合金在室温下的屈服强度>600mpa，抗拉强度>800mpa，这一效果优于热变形后仅依靠动态再结晶或补充静态再结晶所能达到的水平。

15、下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

1.一种基于冷变形调控的硼化锆增强钼合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中所述钼粉的纯度≥99wt.%，粒径为1µm~2µm；所述硼化锆粉末的纯度≥99wt.%，粒径为0.2µm~0.5µm；所述混合粉末中硼化锆的质量分数为0.7%。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中所述氢氩混合气中氢气的体积分数为10%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中所述球磨的条件为：球料比为13:1，转速为300r/min，球磨时间为4h，磨球是材质为wc的硬质合金球，所述硬质合金球的粒径为5mm~15mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中所述预压方法为：将球磨后的混合粉末放入石墨模具中，在压力为25mpa的条件下预压5min，得到预压后的混合粉末；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多道次动态塑性变形总变形量为50%~80%，每道次变形量5~20%。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求7或8所述方法，其特征在于，所述退火工艺为：先以5℃/min的升温速率从室温升温至900~1300℃，保温0.5~2h，然后炉冷至室温。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所得钼合金在室温下的屈服强度>600mpa，抗拉强度>800mpa。