Nb-Si系金属间化合物的研究进展

介绍了Nb-Si系金属间化合物及其复合材料的制备工艺、力学性能和物理性能,综述了Nb-Si系金属间化合物作为高温结构材料的最新研究进展和发展趋势,作为轻质高温结构材料的有力竞争者,Nb-Si系金属间化合物及其复合材料,特别是具有低温韧性和高温强度优良均衡的Nb-Nb_5Si_3原位复合材料,有望在下一代航空航天发动机上(≥1600℃)应用。

定向凝固速率对Nb-Si系原位复合材料组织和性能的影响

采用光学悬浮晶体生长炉制备了Nb-Ti-Si-Cr-Al-Hf六元体系原位复合材料试棒,并对其定向微观组织、压缩性能和抗氧化性能进行了研究.结果表明:定向复合材料主要由Nb固溶体和β-Nb_5Si_3相组成,低的生长速率有助于定向组织的形成.力学性能测试表明,良好的定向组织有助于提高材料的抗压性能,以6 mm/h生长的定向凝固试样在1250℃的抗压强度约为396 MPa;定向生长速率对复合材料的抗氧化性能没有太大影响,其氧化动力学接近直线规律,观察到严重的内氧化现象,抗氧化能力无明显改善.

V,Al对Nb-Si系超高温结构材料抗氧化性能的影响

采用真空非自耗电弧炉制备了Nb-22Ti-12Si三元以及三种不同V,Al含量的Nb-Ti-Si-V-Al五元Nb-Si合金,研究了四种合金铸态显微组织和1250℃的抗氧化性能。结果表明:V,Al的加入促进了反应Nb3Si→Nbss+Nb5Si3,使合金相组成由Nbss+Nb3Si转变成为Nbss+Nb5Si3,从而增加了合金中Nbss相体积分数;合金的抗氧化性能随V,Al含量的增加而提高;V,Al的加入使合金氧化皮结构发生了转变,生成了较为致密的氧化皮,降低了合金的氧化速率,减少了合金氧化皮的剥落和金属氧化损失量。Nb-21.9Ti-11.9Si-4.4V-4.1Al经过1250℃/50h氧化后金属损失厚度仅为0.1mm。

电子束熔炼Nb-Si系多元合金的组织和性能

采用电子束熔炼对Nb-Ti-Si-Cr-Al-Hf多元合金进行重熔,研究合金锭成分与组织的均匀性以及合金的硬度、室温断裂韧性、高温抗压性能。结果表明:电子束熔炼易导致合金元素的挥发损失,使得合金锭的成分不均匀;高的冷却速度有助于细小、均匀的等轴组织形成,其中硅化物相的显微硬度HV约为1100,是Nb固溶体相的3倍左右;电子束熔炼Nb-Si系多元合金的室温断裂韧性(KQ)约为10.3MPa.m1/2;在1250℃的抗压强度约为426.3MPa,且具有一定的高温塑性。

一种多元铌硅系原位复合材料的高温氧化行为

采用电弧熔炼的方法制备了Nb-16Si-24Ti-6Cr-6Al-2Hf(原子百分数)多元铌硅系原位复合材料。进行了高温氧化试验,使用扫描电镜、能谱和X-射线衍射仪进行分析。结果表明该复合材料铸态组织主要由Nbss和β-Nb5Si3组成;经1250℃/100h静态氧化后,生成厚的氧化皮,其主要成分为CrNbO4,TiNb2O7;在氧化皮下发生严重的内氧化现象;氧优先在Nbss相中扩散并形成内氧化产物;硅化物对氧的扩散起到一定的阻挡作用;硅化物的分散分布有利于氧化皮中压应力的释放。

Ti对Nb-20Si-5Al超高温合金组织的影响

以Nb、Si、Al和Ti粉末为原料,采用放电等离子烧结法(SPS)原位合成了Nb-20Si-5Al-xTi(x=0、18、20、22 at%)合金。利用扫描电镜(SEM)、电子探针微区分析(EPMA)和X射线衍射(XRD)等手段对合金的组织结构进行了分析,研究了Ti对Nb-20Si-5Al合金的组织的影响规律。结果表明:Ti元素的加入会明显改变合金的组织,随着Ti加入量的增加,合金的相组成由Nb_(SS)、Nb_5Si_3和Al_3Nb相转变成为Nb_(SS)、(Nb,Ti)_5Si_3和Ti相;Ti元素的加入消除了合金中的Al_3Nb相,促进了Al元素的均匀分布,同时使得合金中Nb_(SS)相的点阵常数有所增大,衍射峰向左偏转。