粉末冶金多元铌合金的制备及其性能研究

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1、摘要多元铌合金具有熔点高、密度低，高温高强等优异性能，是重要的高温结构候选材料。粉末冶金法与熔炼法相比，可避免成分的偏析，得到的合金具有均匀的组织和稳定的性能，目前利用粉末冶金法制备多相铌合金在国内外尚未有深入系统的研究。本研究采用机械球磨+真空热压工艺以及等静压工艺制备多相铌合金，采用金相分析、XRD、SEM、EDS等分析手段对多元铌合金的成分、显微组织与氧化行为之间的关系进行研究；通过热模拟高温压缩试验考察合金热变形行为，并对合金的室温断裂韧性和断裂机理进行分析和探讨。得到的主要结论如下：1、采用粉末冶金法，通过元素粉末的机械球磨获得过饱和固

2、溶粉末，再进行真空热压反应可制备出致密度为97．1％的多元铌基复合材料。经热等静压工艺制备的多元铌合金致密度可达100％。2、相同温度下，Nb．15Ti．11Al、Nb．15Ti．1lAl-10Si、Nb．15Ti．11Al一10Si．1C的氧化速率依次减小，在同等温度下的氧化速率远远小于c103商业铌合金。三种合金在1300℃恒温氧化时形成了主要由SiO，、A120，、Nb205组成的复合氧化膜，合金中的钛可以降低氧在基体中的固溶度并降低氧的扩散速率；硅在高温时形成的熔融态SiO，有效抑制了Nb205的生长，保证了氧化膜的平整；C对合金抗氧化性

3、能的改善作用不明显。由粉末冶金方法制备的铌合金的组织均匀、细小，可以有效的防止内氧化的发生。3、通过高温压缩试验考察了合金的热变形行为，并建立了合金的应力一应变本构方程i=P54“[sinh(0．0033140-)]“8exp(一655．83×103／RT)。采用三点弯曲法测得合金的室温断裂韧性达到18．9MPa√磊，达到国际先进水平。关键词；多元铌合金，机械球磨，氧化行为，热变形，断裂韧性ABSTRACTNb．·basedmulti·-phasealloysshowpromiseforhigh··temperatureapplicationsd

4、uetotheirhighmeltingpoint，lowdensityandhi曲strengthsatelevatedtemperatures．ComparedtOfusioncasting，powdermetallurgicmethodmayavoidcomponentsegregationandcanbeemployedtoprepareNballoywithmorehomogeneousmicrostructureandstableperformance．However,thereisnosystemicstudyonNb．basedm

5、ulti—phasealloysmadebypowdermetallurgicmethod．Inthiswork，Nb-basedmulti-phasealloyswerepreparedbymechanicalalloyingfollowedbyhot-pressprocessandisostaticprocess．Theeffectsofcompositionandmicrostructureontheoxidationbehaviorofthesealloyswereinvestigatedbymeansof0M，XRD，SEMandEDS

6、．Thermaldeformationbehaviorandfracturemechanismwereinvestigatedbythetestofthermalcompressionathightemperatureandthree—pointbendingtest．Throughthestudy,thefollowingconclusionswereobtained：l、Usingasupersaturatedsolidsolutionpowderwasobtainedthroughmechanicalalloyingandthedensit

7、yofNb—basedmulti-phasealloyswasupto97．1％byfollowinghot—press．Then，hotisostaticpressinsuccessioncanhelpNballoysgetthedensityof100％．2、TheoxidationratesequentiallysloweddownfromNb．15Ti．11AltoNb．15Ti．11Al-10SiandNb—15Ti—11A1-10Si—lCatsametemperature．andtheseratesareallsmallerthan

8、commercialalloyC103inthesamecondition．1heoxidefilmmainlycomprisingof