论文摘要：Cr、B对Nb-Si合金高温抗氧化性能的影响

Nb-Si基多元高温合金具有熔点高、密度低、高温高强度等优异性能，使其成为有潜力替代Ni基高温合金的重要高温结构候选材料，适用于航空发动机的热端部件。但是较差的高温抗氧性能成为了制约该系列合金广泛应用的一大瓶颈。所以寻求提升合金高温抗氧化性能的有效途经，探索合金元素对抗氧化性能的影响机理与规律，具有重要的理论意义及实用价值。

合金化作为提高Nb-Si基多元高温合金的重要举措之一，在改善抗氧化性能的研究中具有不可替代的作用。本文以Cr和B两种对Nb-Si基多元高温合金抗氧化性能影响显著的元素为变量，利用真空电弧炉熔铸出六种成分的系列合金：

Nb-18Si-24TI-2Cr-2Hf-2Al，Nb-18Si-24TI-4Cr-2Hf-2Al，Nb-18Si-24TI-8Cr-2Hf-2Al，

Nb-18Si-24TI-2Cr-2Hf-2Al-2B，Nb-18Si-24TI-2Cr-2Hf-2Al-4B，Nb-18Si-24TI-2Cr-2Hf-2Al-6B，研究了Cr和B对Nb-Si基多元高温合金铸锭态显微组织的影响规律，分析了六种合金在1200℃、1250℃下的高温长时、短时氧化行为，以探究Cr、B对于Nb-Si合金高温抗氧化性能的影响机制，主要结论如下：

Cr含量的不同可以影响合金的相组成，当Cr含量为2-4at.%时，合金的显微组织由Nbss、Nb5Si3两相组成，当Cr含量增加到8 at.%时，产生了新相Cr2Nb。而B对合金显微组织的影响则体现在相形貌方面，当B含量从2变化到6 at.%时，硅化物的形态变化为：四边形-六边形-四边形。Cr和B都是对抗氧化性能有益的元素，在Nb-Si合金中添加Cr之后，会生成第三种相-Laves相Cr2Nb，这种相抗氧化性能较好，Cr的添加还会在合金表面的氧化膜中形成一种尖晶石状的氧化膜，提高氧化膜抑制O向基体内部扩散的能力；B在合金中以固溶原子或者置换原子的形式存在，形成类硅化物，增加合金中硅化物的体积分数，提高合金抗氧化能力，同时含B的氧化膜可以降低氧化膜内部的应力，使氧化膜不易开裂、剥落，对内部合金有更好的保护作用。

对比六种合金在1200℃、1250℃条件下的抗氧化性能后发现Nb-18Si-24TI-2Cr-2Hf-2Al-4B的抗氧化性能最好，其余依次为Nb-18Si-24TI-2Cr-2Hf-2Al-6B，Nb-18Si-24TI-2Cr-2Hf-2Al-2B，Nb-18Si-24TI-8Cr-2Hf-2Al，Nb-18Si-24TI-4Cr-2Hf-2Al，Nb-18Si-24TI-2Cr-2Hf-2Al，六种合金的氧化动力学规律相似，初期为抛物线，随着时间的延长转变为直线性质。

六种合金在1200℃、1250℃条件下经过100h的长时氧化后得到的氧化产物均为SiO2， TiNb2O7， Nb2O5 以及CrNbO4。氧化初期，合金表面的Ti、Nb以及Si元素与空气中的O发生反应生成SiO2， TiO2， Nb2O5 和 CrNbO4，20min时，Ti2Nb10O29开始产生，随着时间的增长，发生Ti2Nb10O29向TiNb2O7的转变，直至Ti2Nb10O29完全消失，SiO2在氧化膜中的存在形态可以分为两个阶段，第一阶段为固态，之后便转化为流动的玻璃态溶于氧化膜中，由于熔融的玻璃态可以粘合氧化膜，所以随着SiO2相形态的转变，剥落的氧化膜也发生了碎屑状到片层状的转变。

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