免费论文：激光熔化制备Nb-Si合金组织及性能研究

20世纪以来航空发动机推重比的不断提高要求结构材料能够在更高温度下可靠服役，目前先进发动机的涡轮前温度已接近1800℃，达到镍基和钴基高温合金材料制造的发动机叶片最高使用温度极限。Ti-Al系金属间化合物有很好的高温性能，但其最高使用温度为900-1150℃，难以取代镍基、钴基高温合金。Nb基金属硅化物Nb5Si3熔点高（2484℃）、密度小（7.16g/cm3），有望成为新一代高温结构候选材料。但Nb5Si3室温韧性低、高温抗氧化性差难以作为结构材料应用。目前普遍使用的方法是采用Nb基固溶体增韧得到Nb/Nb5Si3双相合金材料。国内外的研究工作主要集中在通过合金化及工艺控制，改善Nb/Nb5Si3双相合金的综合性能，以达到低温韧性、高温强度和抗氧化性的最佳匹配。目前有报道的制备Nb-Si合金的方法有电弧熔炼、定向凝固、燃烧合成和粉末冶金等。但由于Nb熔点高，这些方法都存在一定缺陷：电弧熔炼方法通常需要多次重熔和较长时间的均匀化以获得所需的产物，挥发造成的硅损失可能导致形成不需要的相；燃烧合成的反应时间短，反应温度难以达到Nb的熔点，会造成Nb粉不熔影响合金性能；定向凝固技术目前还存在温度梯度较低，组织粗大，定向效果差，组织控制困难等问题；而粉末冶金通常需要配合热等静压技术以获得性能良好的材料。激光熔化沉积技术是一种直接制备并成形出组织细小致密、成分均匀的高性能金属材料及其近净成形零件的新技术，其能量密度高、制造速度快、材料利用率高，制备的材料具有快速凝固组织特征，能够避免上述技术方法的缺陷，特别适合于制备Nb-Si高熔点合金。本文利用激光熔炼制备了Nb-Si二元合金铸锭，研究了Si含量对合金显微组织和硬度的影响；在熟悉Nb-Si合金凝固特点的基础上，利用激光熔化沉积技术制备了不同成分的Nb-Si合金板状试样，研究了显微组织、室温力学性能和高温抗氧化性能。实验发现：Nb-Ti-Si三元合金具有比较好的成形性，通过调整工艺参数可以得到Nb/Nb5Si3双相组织；经1400℃/100h高温热处理，Nb5Si3相开始分解成细小颗粒；激光快速成形Nb-Si合金具有比较高的硬度和强度，平面应变断裂韧性约为15MPa•m1/2，断口形貌以脆性解理为主，也存在少量韧窝，说明试样发生了一定的塑性变形；Nb基合金抗氧化性较弱，在添加Cr和Al后，抗氧化性有明显提高：氧化皮致密且与基体结合良好，1000℃下氧化13h较未添加Cr和Al的试样增重减少70%。

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