Ta、Ho对Nb/Nb5Si3原位复合材料的组织和性能的影响

IMR OpenIR

	Ta、Ho对Nb/Nb5Si3原位复合材料的组织和性能的影响
	伍春兰
学位类型	硕士
导师	周兰章
	2006-06-16
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	金属研究所
学位专业	材料学
关键词	Nb/nb5si3原位复合材料金属间化合物合金化显微组织压缩性能高温氧化
摘要	Nb/Nb5Si3原位复合材料具有高熔点、低密度以及良好的高温强度，被认为是下一代航空发动机中极具竞争力的超高温结构材料。本文采用电弧熔炼制备了Nb/Nb5Si3原位复合材料，借助于X射线衍射术、扫描电子显微镜及透射电子显微镜等分析测试手段，深入系统地研究了Ta和稀土Ho对Nb/Nb5Si3原位复合材料的显微组织、力学性能和高温氧化行为的影响。在Nb-22Ti-16Si-7Cr-3Al合金中添加Ta发现：Ta分布在Nb基固溶体（Nbss）相和Nb5Si3相中，且在Nbss中的含量较高。随Ta含量的增加，合金中Nb5Si3相逐渐减少，Nbss相逐渐增多，并且，Nbss相的晶格常数和Nb5Si3相的c/a比值逐渐增加。Ta促使β-Nb5Si3相转变为α-Nb5Si3相。Ta的加入提高了Nbss相和Nb5Si3相的硬度，同时，有利于合金室温和高温强度的提高，Ta含量为5at.％的合金高温压缩性能最佳。随稀土Ho含量的增加，Nb-22Ti-16Si-7Cr-3Al-3Ta-2Hf合金组织逐渐细化，并且在Nbss和Nb5Si3相界上形成了稀土氧化物。适量Ho的加入可以改善合金的室温至1200℃的压缩屈服强度和塑性，过量则会导致屈服强度和塑性下降。Ho含量为0.1at.％的合金压缩性能最佳。合金在1100℃、1200℃的温度和应变速率为2×10-3s-1－2×10-5s-1的范围内进行压缩变形时，表现出加工软化行为。高温变形行为可用幂指数规律加以描述，加入稀土Ho使得合金的应力指数n降低，变形激活能Q升高，这是由于稀土Ho偏聚在相界(晶界)上使得相界上的空位浓度发生变化。研究了稀土Ho对Nb-22Ti-16Si-7Cr-3Al-3Ta-2Hf合金氧化性能的影响。不同Ho含量合金在1100℃的恒温氧化动力学遵循抛物线规律。Ho含量为0.1at.%时合金的抗氧化性最佳。Ho的加入使得氧化膜颗粒细化，减轻氧化膜的开裂，并降低内氧化的程度。Nb-22Ti-16Si-7Cr -3Al-3Ta-2Hf-0.1Ho合金在900℃下的氧化动力学曲线服从直线规律，而在1000℃、1100℃、1200℃下的氧化动力学曲线则服从抛物线规律，且在1100℃下的氧化速率最低。合金在900℃下发生“中温脆性”现象，氧化过程中产生的内应力导致合金中Nb5Si3相以脆性模式开裂并剥落，因而合金氧化较严重。在1000℃下由于Nb5Si3相仍比较脆，氧化过程中容易碎裂，从而导致1000℃下的氧化增重超过1100℃、1200℃时的。Nb-22Ti- 16Si-7Cr-3Al-3Ta-2Hf-0.1Ho合金氧化过程中，第一阶段，氧原子通过Nbss相快速扩散到合金中去，引起合金的快速氧化，形成氧化膜。第二阶段，随着氧化膜的增厚，膜中的内应力逐渐增大，导致氧化膜的开裂，进而氧化膜部分或完全从合金表面剥落。
页数	60
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16860
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	伍春兰. Ta、Ho对Nb/Nb5Si3原位复合材料的组织和性能的影响[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所,2006.