收藏本站
收藏 | 论文排版

Nb、Al合金化MoSi_2的合成、组织与性能研究

王晓虹  
【摘要】:MoSi_2及其硅化物基材料被认为是一种非常有潜力的可用于1200℃以上的高温结构材料,但存在室温断裂韧性差、高温易蠕变以及低温粉化瘟疫的缺陷。针对上述问题,本文以Nb单一合金化和Nb、Al协同合金化MoSi_2为思路,利用固体与分子经验电子理论进行材料理论设计与性能预测,通过热力学计算了理论绝热燃烧温度,采用燃烧合成技术获得超过饱和固溶体,运用真空热压烧结和放电等离子烧结技术使其致密化,并对其组织和性能进行研究。 根据固体与分子经验电子理论,对C11_b型MeS_2(Me=Mo,Nb;S=Si,Al)价电子结构的计算表明,Nb、Al合金化引起C11_b相中原子杂化状态变化,使C11_b相中最强键及次强键的键能及键上共价电子对数的下降,导致宏观硬度降低;Nb单一合金化提高了C11_b相中共价电子数比例值,有利于提高C11_b相的强度;Al单一合金化和微量Nb、Al协同合金化均使值下降,导致C11_b相强度下降。 采用双亚点阵模型对(Mo_(1-x)Nb_x)Si_2和Mo(Si_(1-y)Al_y)_2体系的理论绝热温度进行了模拟计算,结果表明Nb或Al的固溶引起C11_b相和C40相热容及热焓的变化,从而改变体系的绝热温度,实验设计成分(Mo_(1-x)Nb_x)Si_2和Mo(Si_(1-y)Al_y)_2的理论绝热温度均高于1800K,可以在室温下由元素粉末通过燃烧合成反应生成。 以Mo、Si、Nb、Al元素粉末为原料,通过燃烧合成技术制备了(Mo_(1-x)Nb_x)Si_2、Mo (Si_(1-y)Al_y)2和(Mo_(1-x)Nb_x)(Si_(1-y)Al_y)_2合金。燃烧合成产物主要为固溶有Nb(Al)的C11_b相和C40相,存在过饱和固溶现象。Nb合金化促进NbSi_2及MoSi_2型C40相形成,Al单一合金化及Nb、Al协同合金化促进Mo(Si,Al)_2型C40相的形成。Nb、Al合金化促进了MoSi_2燃烧合成反应的放热,使燃烧温度上升,其反应机制为:熔融-溶解-析出。 以燃烧合成产物为原料,分别采用真空热压烧结和放电等离子烧结制备了致密的(Mo_(1-x)Nb_x)Si_2和(Mo_(1-x)Nb_x)(Si_(1-y)Al_y)_2合金,C11_b相中过饱和固溶的Nb/Al在烧结过程中发生脱溶形成C40相。热压使合金相组成趋近于平衡状态。放电等离子烧结速度快、温度低,形成的合金晶粒细小且仍存在过饱和C11_b相。 系统研究了热压合金的室温力学性能,结果表明:少量Nb固溶使(Mo_(1-x)Nb_x)Si_2合金室温硬度下降,弯曲强度升高,对断裂韧性无显著影响。大量Nb使C40相增加,导致硬度上升,强度和断裂韧性下降。Nb和Al协同合金化对室温弯曲强度的影响不大,有Nb存在时,Al添加量达一定值(y=0.15)会显著恶化MoSi_2的强度。少量Nb和Al协同合金化可显著提高室温断裂韧性,最高达到10.7MPa/m~(1/2),比纯MoSi_2提高了74%,增加合金量促使形成Mo(Si,Al)2型C40相导致(Mo_(1-x)Nb_x)(Si_(1-y)Al_y)_2合金断裂韧性降低而硬度升高。 对放电等离子烧结合金的室温和高温力学性能进行了系统研究,结果表明:放电等离子烧结合金的强度和硬度均高于同成分热压合金。放电等离子烧结(Mo_(1-x)Nb_x)Si_2合金的强度、硬度和断裂韧性变化趋势和热压合金一致,但断裂韧性下降较慢。Nb的增加使(Mo_(1-x)Nb_x)Si_2合金高温压缩强度呈现出先增后降的趋势,(Mo_(0.85)Nb_(0.15))Si_2合金的高温强度达到246MPa,比MoSi_2提高了110%。(Mo_(0.85)Nb_(0.15))Si_2合金高温变形经历了整体变形和玻璃相集中变形两个阶段,玻璃相集中变形使高温流变应力下降,而MoSi_2只经历了整体变形阶段。Nb、Al协同合金化可更有效的改善高温性能,Nb在高温下起到固溶强化作用,并且有助于产生层错强化效应;少量Al可减少晶界SiO2玻璃相使高温强度上升,但大量Al合金化会降低C11_b和C40相的高温强度;(Mo_(0.85)Nb_(0.15)(Si_(0.97)Al_(0.03))_2合金在1400℃具有最高的压缩强度,达到252MPa,该合金同时还具有最佳室温综合力学性能。 热压工艺制备的合金在500℃没有发生粉化瘟疫现象。Nb单一合金化加剧了MoSi_2的低温氧化,通过高温预氧化处理可在(Mo_(1-x)Nb_x)Si_2表面形成保护性氧化膜,提高低温抗氧化性能。Nb和Al协同合金化MoSi_2的低温抗氧化性优于Nb单一合金化,Nb的作用仍然是加速低温氧化,而Al则有利于抑制低温氧化。(Mo_(0.97)Nb_(0.03)(Si_(0.97)Al_(0.03))_2合金低温氧化性能优于纯MoSi_2。大量合金元素不利于高温预氧化保护膜的形成,大量Al促进氧化形成没有自愈合作用的莫来石-氧化铝复合氧化膜,大量Nb促使MoO_3形成,MoO_3在高温下气化,导致氧化膜出现大量孔洞,不能产生保护作用,甚至恶化材料的低温抗氧化性能。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陈国胜,黎达,罗江江;Al、Ti、Nb对铁基高温合金组织与性能的影响[J];理化检验.物理分册;1995年02期
2 朱英雄,程士富,金培宏;模拟100t ANS-OB控制[Al]_S或(Al_2O_3)的水力模型试验[J];宝钢技术;1998年02期
3 杨杰文,蒋新,徐仁扣,季国亮,赵其国;去除氧化铁对Al在土壤中吸附-解吸的影响[J];中国环境科学;2003年01期
4 王文焱;电感耦合等离子体发射光谱法同时测定钢中微量硅、铝元素[J];河北理工学院学报;2004年02期
5 杨杰文,蒋新,徐仁扣,季国亮,赵其国;离子强度和SO_4~(2-)对土壤吸附Al的影响[J];环境化学;2002年03期
6 邓满娥;溴邻苯三酚红光度法测定铝[J];冶金分析;2002年03期
7 张寒洁,鲍世宁,何丕模,王穗东,冯明凯,李振声,李述汤;有或没有Alq_3参与情况下LiF和Al的化学反应[J];物理化学学报;2003年08期
8 王先友,刘冰,袁华堂,张允什;Mm(NiCoMnAl)_5贮氢合金中铝对直封型MH/Ni电池性能的影响[J];应用化学;1999年01期
9 贾世聪,孙晓冬,薛宏勇,邓赞湘;Ti-Al-B系统自燃烧合成TiB_2的研究[J];武汉理工大学学报;1993年02期
10 孙民华,耿浩然,边秀房,刘燕;Al熔体粘度的突变点及与熔体微观结构的关系[J];金属学报;2000年11期
11 项品峰,刘金水,舒震,谢贤清,付杰兴,肖汉宁;热爆反应合成TiC/Al复合材料的试验研究[J];热加工工艺;1998年03期
12 丁士进,王鹏飞,张卫,王季陶,张冶文,夏钟福;蒸发淀积Al和Teflon AF薄膜间的相互作用[J];金属学报;2001年03期
13 王明智;梁宝岩;韩欣;;Si和Al对机械合金化合成Ti_3SiC_2的影响[J];燕山大学学报;2009年04期
14 姚三九;铝对高锌镁合金力学性能的影响[J];铸造;2002年06期
15 何凤鸣;茹红强;霍地;修稚萌;孙旭东;;WC对合金化烧结硬化钢的性能影响[J];材料与冶金学报;2005年04期
16 孙志平;郭喜平;;合金化对铌基固溶体合金和铌硅化物基合金室温断裂韧性影响的研究进展[J];材料导报;2008年04期
17 徐慧民;;合金化元素对铸态球墨铸铁性能的影响[J];热加工工艺;2008年21期
18 范艳艳;李秋书;柴跃生;陈孝先;;合金元素对AZ91镁合金组织和性能影响的研究进展[J];中国铸造装备与技术;2008年06期
19 ;钯及其合金在高温空气中的行为[J];功能材料;1972年01期
20 C.B.马斯林科夫;吴道成;;耐热合金的合金化与热处理[J];功能材料;1979年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘辉兰;宋玉;;低能高电荷态离子在金属Al(111)表面掠射的能损的研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第6册)[C];2009年
2 杨毅;刘宏英;李凤生;;推进剂用纳米膜包覆金属Al粉研究[A];2004年全国含能材料发展与应用学术研讨会论文集(上册)[C];2004年
3 李建伟;陈方平;;Al(Ⅲ)型阳离子树脂催化酯化反应探讨[A];中国化学会第十二届全国应用化学年会论文集[C];2011年
4 秦义;;“强光一号”Z箍缩实验Al等离子体能谱诊断[A];中国工程物理研究院科技年报(2010年版)[C];2011年
5 王明松;;Al掺杂ZnO透明导电薄膜的溶胶凝胶法制备[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
6 汤爱涛;刘胜明;潘复生;;Al对钛铁矿原位合成铁基复合材料还原过程的影响[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
7 王少飞;李树索;沙江波;;Nb对钴基合金Co-9Al-9W-2Ta-0.02B显微组织与高温力学[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
8 侯宝辉;;热轧含Nb汽车结构用钢氧化铁皮缺陷分析与改善[A];全国冶金自动化信息网2012年年会论文集[C];2012年
9 那春光;孔屏;黄费新;肖伟;;原地生成宇宙成因核素~(10)Be和~(26)Al样品采集及处理[A];中国科学院地质与地球物理研究所2006年论文摘要集[C];2007年
10 蔡彬;孔庆平;崔平;丛洪涛;孙秀魁;;纳米晶Al的内耗研究[A];全国第六届固体内耗与超声衰减学术会议论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓虹;Nb、Al合金化MoSi_2的合成、组织与性能研究[D];中国矿业大学;2013年
2 周小伟;高Al组份AlGaN/GaN半导体材料的生长方法研究[D];西安电子科技大学;2010年
3 王建伟;含Nb氢化锆慢化材料的氢含量和裂纹控制机理研究[D];北京有色金属研究总院;2012年
4 赵海龙;Nb、Ta碳/硼化物及Cr、Mo元素对NiAl压缩性能的影响规律及机制[D];吉林大学;2013年
5 许伟颖;纳米Al_(13)的混凝行为、絮体特性及对膜污染的影响研究[D];山东大学;2012年
6 刘志伟;低熔体温度下高强超声辅助原位颗粒增强Al基复合材料的制备研究[D];上海交通大学;2012年
7 林文龙;H_2在Nb(100)和Nb(110)表面吸附的第一性原理研究[D];浙江大学;2012年
8 赵金博;Al掺杂ZnO透明导电薄膜的液相法制备及其光电性能研究[D];山东大学;2011年
9 李春生;金属(Mg、Al)微/纳米材料的制备及在一次电池中应用研究[D];南开大学;2010年
10 陈连生;含Nb、Ti细晶双相钢的热轧工艺研究[D];东北大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赖道辉;Al合金化对MoSi_2性能的影响:第一性原理计算与实验研究[D];南京航空航天大学;2012年
2 刘佳;以(Al_(0.2)Zr_(0.8))_(20/19)Nb(PO_4)_3为固体电解质的电化学传感器的研究[D];河北联合大学;2013年
3 史小波;合金元素对Ti-Si共晶合金高温氧化性能的影响[D];广西大学;2007年
4 项朋;Al基合金团簇的结构与吸附性能研究[D];广西大学;2011年
5 徐程程;含Nb冷轧热镀锌双相钢的组织与力学性能研究[D];昆明理工大学;2013年
6 姜召华;Nb微合金化超低碳马氏体不锈钢00Cr13Ni5Mo2的组织性能研究[D];东北大学;2011年
7 唐文彬;6K缸盖用灰铸铁的Nb微合金化研究[D];华中科技大学;2013年
8 金成国;Nb:KTP晶体的生长及结构特征[D];中国地质大学;2010年
9 范华山;纳米晶Mo(Si,Al)_2涂层氧化性能及其氧化膜的电化学特性的研究[D];南京航空航天大学;2013年
10 孙军;室温超塑性Zn-22 wt.%Al合金制备及力学性能研究[D];南京理工大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 胡俊鸽;高Al_(2)O_(3)炉渣对高炉操作的影响及改进措施[N];世界金属导报;2010年
2 崔天燮 张彦睿;太钢含Nb微合金化钢开发与应用[N];世界金属导报;2008年
3 ;热处理工艺对含Nb焊缝金属组织与力学性能的影响[N];世界金属导报;2010年
4 张建平;助力中小企业存储 高性价比航天联志AL—5161S面市[N];中国高新技术产业导报;2008年
5 高宏适;Si、Al对低合金TRIP钢力学性能影响[N];世界金属导报;2011年
6 ;首钢Nb微合金化技术的发展[N];世界金属导报;2009年
7 余蓉 摘译;实现更低成本生产[N];中国冶金报;2009年
8 ;铌——微合金化元素的发展历史[N];世界金属导报;2004年
9 彭芳芳 朱国良 宋建新;SUPER304H钢管关键制造工艺分析[N];世界金属导报;2009年
10 肖英龙 唐明珠;安全、耐久、环境亲和型钢铁材料研究与开发[N];世界金属导报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978