Laves相NbCr-,2-基合金的制備、增韌及高溫氧化行為與機理研究.pdf

1、Laves相NbCr2合金因其優(yōu)異的高溫力學(xué)性能而具有作為新型高強高溫結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用的潛力。針對其室溫脆性及較差的高溫抗氧化性，本文研究了不同制備方法及工藝過程對NbCr2合金組織及性能的影響，重點探討了晶粒細化對合金斷裂韌性及高溫氧化行為的作用機制；研究了相組成對Cr-Nb合金高溫抗氧化性的影響規(guī)律；探究了合金元素Al及稀土元素Y對NbCr2合金斷裂韌性和高溫氧化行為的影響，并探討了多元合金化對Cr-20Nb高溫抗氧化性的影響及采用涂層

2、技術(shù)提高Cr-50Nb合金高溫抗氧化性的可行性。
　　 研究中發(fā)現(xiàn)，采用機械活化熱壓合成的Cr-33Nb及Cr-25Nb合金晶粒分別細化到250nm和193.3nm，其維氏硬度和斷裂韌性要高于相應(yīng)成分的熔鑄態(tài)合金，而且單相Laves相NbCr2的Cr-33Nb熱壓合金的斷裂韌性達到了5.7 Mpa ；隨著球磨時間的延長，有利于NbCr2晶粒的細化及其熱固相反應(yīng)合成，維氏硬度不斷增加，而斷裂韌性則從球磨20h的5.7 Mpa 減小

3、到球磨100h的3.7 Mpa，但遠遠高于熔鑄態(tài)合金的1.3 Mpa，充分體現(xiàn)了細晶增韌的效果。
　　 熔鑄態(tài)及熱壓合金950℃～1200℃氧化后均形成了以Cr2O3為外層、CrNbO4為內(nèi)層的雙層結(jié)構(gòu)氧化膜，熱壓合金氧化速率均接近拋物線規(guī)律；雖然熔鑄態(tài)合金在950℃空氣中氧化接近于拋物線規(guī)律，但在1200℃空氣中氧化類似于直線規(guī)律。隨著熱壓溫度的升高，合金氧化速率減??；保壓時間由15min延長到80min時，合金氧化速率逐漸減

4、小，但保壓時間達到120min時，氧化速率又有所提高。隨著球磨時間的延長，熱壓合金1100℃及1200℃的氧化增重并不是一直呈現(xiàn)下降的趨勢，在球磨時間為20-35h左右，其抗氧化性最好。提出了晶粒細化對Cr-33Nb合金高溫抗氧化性有著雙重作用機制，即晶粒的細化促進了體系的擴散及氧化膜內(nèi)應(yīng)力的釋放，形成了Cr2O3外膜；當(dāng)晶粒過細時，導(dǎo)致氧化膜內(nèi)生長應(yīng)力的增加，引起氧化膜的開裂、脫落，從而加劇了氧化。
　　 通過系統(tǒng)地研究相組成

5、對Cr-Nb合金在950℃～1200℃空氣中氧化行為的影響，揭示了軟第二相Cr能顯著增加NbCr2合金950℃的抗氧化性能，但降低了NbCr2合金1200℃的抗氧化性能；而軟第二相Nb不利于合金950℃～1200℃高溫抗氧化性的提高，甚至產(chǎn)生了災(zāi)難性氧化。
　　 通過摻雜Al和Y來提高NbCr2合金的斷裂韌性和高溫抗氧化性，結(jié)果表明Al和Y分別占據(jù)了Laves相NbCr2合金中Cr原子和Nb原子的晶格位置，從而形成了反位置缺陷。

6、合金元素Al在一定程度上改善了NbCr2合金的斷裂韌性，當(dāng)Al含量達到12％時，合金斷裂韌性達到了6.8 Mpa，且提高了NbCr2合金1100℃的抗氧化性。Y對NbCr2合金斷裂韌性和高溫抗氧化性的影響均呈現(xiàn)先增后減的規(guī)律；當(dāng)Y含量為0.1wt.％時，合金的斷裂韌性最高，達到6.15 Mpa ；Y含量在0.07-0.14wt.％時，NbCr2合金抗氧化性能得到提高。同時研究了Al、Si、Y多元合金化對Cr-20Nb合金高溫抗氧化性的影

7、響，結(jié)果表明，多元合金化的Cr-20Nb合金抗氧化性要好于加入單一合金元素的及純Cr-20Nb合金，并隨著Si含量的增加，合金的氧化增重越小，抗氧化性越好；SEM結(jié)果表明，添加了合金元素后，合金氧化膜與基體的粘附性得到了明顯的提高。
　　 采用包埋滲Si、Si-Al共滲及Si-Al共滲+sol-gel工藝+熱壓的復(fù)合工藝在Cr-50Nb合金制備涂層，發(fā)現(xiàn)采用復(fù)合工藝制備的涂層最致密，與基體的結(jié)合最緊密，并形成了以Al2O3為外層