合金化對(duì)Laves相NbCr-,2-基合金力學(xué)性能和氧化性能的影響研究.pdf

1、Laves相NbCr2合金的高溫抗氧化性能和室溫脆性制約了其作為高溫結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用進(jìn)程。合金化是提高材料力學(xué)性能和高溫抗氧化性能的一種有效手段。本文通過機(jī)械合金化+熱壓燒結(jié)工藝制備Laves相NbCr2基合金，并摻雜適量的稀土氧化物Y2O3和合金元素Si，以期達(dá)到在提高或不嚴(yán)重降低合金力學(xué)性能的同時(shí)，改善其高溫抗氧化性能的目的。 化學(xué)計(jì)量配比成分的Cr、Nb混合粉隨球磨時(shí)間的增加晶粒逐漸細(xì)化，經(jīng)20h的球磨后熱壓過程中固相合成反

2、應(yīng)基本完全，合成出了單相Laves相NbCr2，而添加Y2O3或Si滯后了晶粒細(xì)化的過程，致使球磨20h的Cr和Nb粉晶粒尺寸相對(duì)較大。 經(jīng)0～50h球磨和1250℃×0.5h熱壓后的Cr-33Nb合金致密度和維氏硬度隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，組織更加均勻細(xì)化。經(jīng)1200℃×5h氧化后，球磨20h的熱壓試樣增重最少，氧化膜厚度最小，球磨時(shí)間過長(zhǎng)或過短都不利于合金高溫抗氧化性能的提高。因此，較佳的球磨時(shí)間為20h。Cr-33Nb合

3、金的氧化產(chǎn)物由Cr2O3和CrNbO4組成。 Y2O3的添加降低了Cr-33Nb熱壓試樣的維氏硬度，含0.5wt.％Y2O3時(shí)合金維氏硬度最大（8.83GPa），略低于未添加Y2O3的合金（9.76GPa）。同時(shí)Y2O3的添加還不利于合金組織的均勻性和致密性，導(dǎo)致1100℃和1200℃的氧化增重較大，但Y2O3的添加增強(qiáng)了氧化膜的粘附性，在一定程度上改善了合金的高溫抗氧化性能。 Si對(duì)改善Cr-Nb合金性能的作用十分顯著

4、。隨Si含量的增加，Cr-33Nb合金的維氏硬度和斷裂韌性都有所提高，含7wt.％Si的合金維氏硬度達(dá)到11.18GPa。這主要是因?yàn)樵跓釅哼^程中形成了硬質(zhì)相Nb5Si3。而且，研究發(fā)現(xiàn)Si使NbCr2合金在1100℃和1200℃氧化速率大大降低。含5wt.％Si的合金在兩種溫度下的氧化增重都最少，氧化脫落量也最小，抗氧化性能明顯得到改善。為了進(jìn)一步改善合金的性能，在Laves相NbCr2合金中引入Cr固溶體和Nb固溶體作為第二相。Cr

5、-25Nb合金的維氏硬度和斷裂韌性隨Si含量的增加而提高，含7wt.％ Si時(shí)維氏硬度為10.11GPa，遠(yuǎn)高于不含Si的Cr-25Nb合金（7.67GPa）。Si元素使Cr/NbCr2合金在1100℃和1200℃的氧化速率和氧化增重隨其含量的增加逐漸降低，改善了氧化膜層狀易剝落的結(jié)構(gòu)。由于軟第二相的作用，Cr/NbCr2-Si合金和Nb/NbCr2-Si合金維氏硬度都有所下降，越偏離化學(xué)配比成分維氏硬度越低，但韌性越好。Cr-25Nb