Cu对原位合成Al_2O_3/Mo_5Si_3复合材料组织与性能的影响

【摘要】：难熔金属硅化物Mo_5Si_3被认为是极具潜力的高温结构候选材料。但是,室温脆性大、高温强度不足阻碍了其实际应用。本文以MoO_3、Cu、Mo、Si及Al粉为原料,采用机械活化/热压烧结技术制备了Cu-Al_2O_3/ Mo_5Si_3原位复合材料,采用XRD、OM、SEM和EDS等分析方法对复合材料的物相组成、显微结构和微区成分进行了分析,通过电化学和浸泡实验探讨了试样的腐蚀过程和腐蚀机理,为Mo_5Si_3基复合材料作为耐蚀材料的应用提供了初步的理论依据。 实验制备的Cu-Al_2O_3/Mo_5Si_3复合材料试样中主要物相是Cu、Al_2O_3和Mo_5Si_3,Cu和Al_2O_3与基体材料Mo_5Si_3具有较好的稳定性。20%Cu-20%Al_2O_3/Mo_5Si_3复合材料具有较小的晶粒尺寸,Mo_5Si_33、Mo_5Si_3、Al_2O_3及Cu的晶粒尺寸分别为73.6nm、66.3nm、64.8nm和42.6nm,复合材料具有纳米晶结构。 热压烧结Cu-20%Al2O3/Mo_5Si_3复合材料组织均匀致密。随Cu含量增加,复合材料组织细化,烧结致密度提高,显微硬度降低,断裂韧性提高,强度先增加后降低。15%Cu-20%Al_2O_3/Mo_5Si_3复合材料具有最佳的综合力学性能,其显微硬度、抗压和抗弯强度及断裂韧性分别为1090HV、2160MPa、512MPa和7.33MPa·m1/2。 在H2SO4和HCl溶液中,Cu-Al_2O_3/Mo_5Si_3复合材料表现出较304不锈钢优异的耐腐蚀性,具有高的自腐蚀电位和低的自腐蚀电流,且随Cu含量的增加耐腐蚀性提高,其腐蚀失重比304不锈钢低近30倍。在NaOH溶液中,复合材料耐腐蚀性较差,与304不锈钢相当。 复合材料中的Al_2O_3具有好的耐H_2SO_4和HCl溶液腐蚀性,在腐蚀表面易形成Al_2O_3-SiO_2复合保护层,阻止腐蚀溶液对基体的进一步侵蚀。在NaOH溶液中,由于溶液中的NaOH会溶解侵蚀复合材料表面的SiO2钝化膜,难以形成有效的保护层,导致复合材料耐腐蚀性较差。在Cu-Al_2O_3 /Mo_5Si_3复合材料中,Cu为易腐蚀组元,化学稳定性较差,从而使复合材料耐腐蚀性降低。另一方面,Cu的存在提高了复合材料的烧结性能,致密度提高,减少了气孔和微观缺陷的存在,有效地避免了局部原电池的形成,耐腐蚀性提高。