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《兰州理工大学》 2009年
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Me-Mo-Si(Me=W, Nb)系高温三元金属硅化物的制备与表征

石少玉  
【摘要】: 金属硅化物具有高熔点、高强度、适当的密度以及良好抗氧化性能和抗腐蚀性能,是一种极具潜力的高温结构材料,但是,其脆性成为阻碍其工业应用的关键问题,这主要是由生成物的相组成和显微结构所决定的。通过合金化和复相化可以有效地改善金属硅化物的显微结构和性能。基于此思想,本文对Me-Mo-Si(Me=W,Nb)系金属硅化物材料进行了初步的探索性研究。 首先,通过机械球磨活化/热压烧结的工艺方法制备了Mo-W-Si系MSi_2型高温金属硅化物;随后,分别利用电弧熔炼/高温退火以及机械球磨活化/热压烧结两种工艺方法制备了Mo-Nb-Si系M_5Si_3型高温金属硅化物。通过XRD、OM、SEM和EDS等分析手段对实验所制得的试样进行了物相分析、显微结构观察和微区成分确定;并且对合金试样进行了硬度、室温韧性、抗压强度和致密度等性能的测定和分析。 研究发现,对于机械球磨活化/热压烧结法制备的(Mo_(1-x),W_x)Si_2(x=0,0.2,0.4,0.5)合金试样,合金元素W加入后,形成了(Mo,W)Si_2固溶体,引起MoSi_2显微应变增大,晶粒尺寸减小,晶粒尺寸在39.7-48.6nm之间,因此,W元素起到了细化晶粒、强化基体的作用;而且随着W元素含量的增多,MoSi_2复合材料的硬度值和抗压强度明显增大,相对密度表现出先增大后减小的趋势,当Mo∶W为6∶4时,材料的致密度最高,达到95.32%;但断口形貌表明,合金主要以穿晶和沿晶的脆性断裂为主,合金韧性没有明显改善。 分别采用电弧熔炼/高温退火和机械活化/热压烧结两种不同的工艺制得了D_(88)型(Mo_(1-x)Nb_x)_5Si_3(x=0,0.1,0.2,0.4,0.6,0.8,1)合金,物相分析表明Mo元素的加入有助于β-Nb_5Si_3的相稳定,Mo-Nb-Si系M_5Si_3型金属硅化物复合材料倾向形成(Mo,Nb)_5Si_3及β-(Nb,Mo)_5Si_3固溶体。对于电弧熔炼/高温退火试样,少量Nb可以促进亚稳相MoSi_2的生成,但随着Nb含量的增加亚稳相MoSi_2消失;Nb在Mo_5Si_3中的固溶度远大于在MoSi_2中的固溶度,另外,生成物中可能有少量Mo_3Nb_2Si_3新物质生成。显微结构观察发现,电弧熔炼试样的显微组织在很大程度上受控于合金成份、凝固路径及凝固速度,组织中存在微裂纹,高温退火后比退火前的试样组织均匀,致密度增加。力学性能测试结果表明,随着Nb含量的增高,电弧熔炼/高温退火制得的试样硬度值呈现先增高后降低的抛物线规律,合金最高硬度(HV)达1616.7,退火后试样的硬度高于退火前试样的硬度;压痕断裂韧性较低,随着Nb含量的增加,呈现先降低后升高的规律,合金韧性没有明显改善,微裂纹是引起脆性的重要原因。 对机械球磨/热压烧结工艺制得的Mo-Nb-Si系M_5Si_3型金属硅化物试样进行分析表明,生成相分布较均匀,没有微裂纹,其断裂韧性和抗压强度均明显优于电弧熔炼/高温退火试样。而且随着Nb含量的增加,硬度值呈上升趋势,但与电弧熔炼/高温退火工艺制得的试样相比,除了Mo_5Si_3高于电弧熔炼/高温退火试样的硬度,其它试样硬度均比电弧熔炼/高温退火试样低。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TF124.5

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【参考文献】
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