免费论文摘要：粉末冶金制备Nb-Si基合金的构造及本能

Nb-Si基合金具备高熔点、高刚度、低密度以及崇高的高温强度，是最具后劲代替现有镍基高温合金，承温本领到达1200~1400 ºC的超高温构造资料，在新一代高推比宇航发效果和高比冲运载火箭发效果能源装置等超高温范围有普遍的运用远景。超高温构造资料须要其在室温韧性、高温强度和高温抗氧化性等本能到达配合。Nb-Si合金的基究竟构成是具备延性的Nb基固溶体NbSS，坚忍并在1600~1800 ºC下热能源学宁静的非金属间复合物Nb5Si3，以及高温抗氧化相Laves Cr2Nb，经过NbSS、Nb5Si3和Cr2Nb三相符合拉拢和合金化，希望赢得室温韧性、高温强度和高温抗氧化性配合的超高温构造资料。优化三相构造样式及化学成份是到达理念本能共同的要害。与保守的凝结本领比拟，粉末冶金本领能更好的遏制合金中相标准、比率、样式和散布等，希望实行构造遏制，赢得优化构造，普及合金归纳本能。正文运用粉末冶金本领制备Nb-Si基合金，体例接洽了相粉末的体积分数、粉末粒度及形貌以及合金化等成分对Nb-Si基合金构造和本能的感化顺序和机理。以各别比率的纯Nb粉末、二元Nb5Si3相粉末和二元Cr2Nb相粉末为材料，经尖端放电等离子体烧结（SPS）工艺制备了具备各别相体积分数的Nb/Nb5Si3两投合金（Nb-Si二元体制）和Nb/Nb5Si3/Cr2Nb三投合金（Nb-Si-Cr三元体制），接洽了相体积分数对合金本能的感化顺序和机理。接洽创造，随Nb5Si3或（Nb5Si3+Cr2Nb）体积分数（vol.%）的减少，Nb-Si基合金的高温强度（1150~1350 ºC）简直呈线性递加趋向，室温断裂韧性则呈渐渐低沉趋向，而当Nb含量﹤70 vol.%时，其断裂韧性值随Nb相含量变革不敏锐；对于Nb/Nb5Si3/Cr2Nb三投合金，氧化增重速度随Nb相含量缩小，Cr2Nb含量减少而渐渐贬低。三点委曲考查的裂纹扩充及断口领会表白：当裂纹与Nb重逢时，爆发桥接、分叉、绕过、偏折等韧化体制，对韧性有益，Nb相自己以准解理断裂情势爆发妨害；当裂纹与Nb5Si3和Cr2Nb相重逢时，一直断地穿过Nb5Si3和Cr2Nb相，Nb5Si3和Cr2Nb相爆发脆性断裂。高温收缩前提下，Nb5Si3相和Cr2Nb相以开裂和坍塌情势爆发妨害，Nb未创造有鲜明的伤害，这是Nb/Nb5Si3/Cr2Nb三投合金高温作废的重要体制。高温氧化前提下，Nb含量较高合金的氧化层和合金基体中生存洪量与合金外表平行的微裂纹，氧化速度较快，氧化产品以Nb2O5为主；而Cr2Nb含量高的合金，氧化层与基体之间生存贯串精致的CrNbO4氧化层，具备较低的氧化速度。接洽了Nb和Nb5Si3粉末粒度（Nb：83.8，37.4，4.9 μm；Nb5Si3：86.4，43.6，2.9 μm）对SPS制备的Nb-16Si合金（Nb和Nb5Si3体积比为6:4）显微构造及断裂动作感化。当Nb5Si3相粉末尺寸（Nb5Si3：2.9 μm）较钟点，Nb5Si3相目标于贯串搜集状散布，裂纹重要沿该相扩充，合金的断裂韧性较低，仅5.3~8.0 MPa·m1/2；当Nb5Si3粉末尺寸较大（Nb5Si3：86.4或43.6 μm）时，Nb5Si3相岛状散布在Nb相基体中，此时合金的断裂韧性较好。以最小的尺寸的Nb粉末（Nb：4.9 μm）和最大尺寸的Nb5Si3粉末（Nb5Si3：86.4 μm）为材料制备获得的Nb-16Si合金中Nb相由大晶粒时的准解理断裂办法变化为解理、撕裂、韧窝搀和断裂办法，其断裂韧性值（12.4 MPa·m1/2）最高，到达暂时通讯的Nb-16Si二元合金的最高程度。从上述韧性杰出的构造（小尺寸Nb粉末配以大尺寸Nb5Si3和Cr2Nb相粉末）动身，对Nb-Si合金体制进一步发展合金化接洽，先以Ti为重要合金元素制备了多元Nb固溶体合金粉末（D50≈8.6 μm）、多元Nb5Si3（D50≈22.1 μm）和多元Cr2Nb粉末（D50≈23.5 μm），再经过SPS制备了多元NbSS/Nb5Si3两投合金（因素约为：Nb-16Si-25Ti-2Al-2Hf-7Cr）和多元NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb三投合金（因素约为：Nb-18Si-21Ti-1Al-3Hf-16Cr）。其显微构造均呈Nb5Si3或Nb5Si3+Cr2Nb相以岛状样式散布在具备渺小晶粒的NbSS基体上。经Ti等元素合金化后的NbSS相展示了越发渺小的韧窝，极大普及了合金的室温断裂韧性。NbSS/Nb5Si3两投合金（NbSS和Nb5Si3体积比为6:4）和NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb三投合金（NbSS、Nb5Si3和Cr2Nb体积比为4:4:2）的断裂韧性辨别到达了15.0和11.3 MPa·m1/2。与邻近比拟例的二元Nb-Si和三元Nb-Si-Cr合金比拟，合金的归纳本能（室温韧性、高温强度和高温抗氧化性）获得鲜明革新。Nb-Si基合金的优化因素构造是：Ti合金化+渺小晶粒Nb相基体+岛状散布的加强相（Nb5Si3）和抗氧化相（Cr2Nb）。

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