稀土掺杂高温合金的研究进展-张明康

《稀土掺杂高温合金的研究进展-张明康》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、稀土掺杂高温合金的研究进展学生姓名：张明康学号：201130410367班级:材科1104专业：材料科学与工程指导教师：张津2013年11月摘要稀土元素具有特殊的电子结构，往合金添加少量的某些稀土元素能显著地提高其抗高温氧化性能，但其机理尚未充分定型。本文综述了稀土作用机制以及已有的稀土作用模型，分析了各种模型的优缺点，同时也简述了各种稀土掺杂高温合金的制备方法，并对未来的发展方向提出了几点建议。关键词：高温合金，稀土掺杂，共掺，综述ABSTRACTRareearthelementshavespecialelectronicstruct

2、ure,addasmallamountofsomerareearthalloyelementscouldsignificantlyimprovethehightemperatureoxidationresistance,butitsmechanismisnotyetfullyfinalizethedesign.Inthispaper,themechanismofrareearthandrareeartheffectexistingmodel,analyzestheadvantagesanddisadvantagesofvariousmo

3、dels,alsodescribesthevariouspreparationmethodsofrareearthdopedhightemperaturealloy,andputsforwardsomeSuggestionsforthefuturedevelopmentdirection.Keywords:Hightemperaturealloy,rareearthdoped,codoping,review第9页1绪论在高温中添加微量的活性元素，包括稀土、钛、锆、铪等，可以显著地降低合金的氧化速率以及大幅度地提高氧化膜的粘附性，这一效应

4、被称为活性元素效应(ReactiveElementEffect,简称REE)。在活性元素中，稀土效应最早由L.B.法伊尔（Pfeil）于1937年发现并取得英国专利。由于稀土元素具有特殊的电子结构f轨道和d轨道，在发光材料、磁性材料、催化剂、高温合金等方面的应用都具有特殊的性能。我国富有稀土资源，占有世界总储量83%，开发和利用稀土资源具有重要意义。但是，就目前研究状况而言，对稀土的作用机制并非十分清楚。特别在高温氧化这一方面，许多研究工作者也提出了多种不同的作用模型，但是目前还没有统一的模型，且提出的模型都具有各自的局限性。本文通过总

5、结了已有的稀土作用模型，分析各种模型的优缺点，同时也简述了各种稀土掺杂高温合金的制备方法，并对其未来的发展方向提出了几点建议。2高温合金存在的问题在多种高温合金中，为了提高其耐高温腐蚀性能，通常向其添加合金组元Cr、Al、Si等，形成高稳定性的氧化膜，但同时又存在各种问题。由于Cr2O3膜表面与外界高温高压的氧化气氛接触，容易生成易挥发性的CrO3,由于其挥发造成保护性的Cr2O3减薄，致使通过它的扩散传输会加快，尽管新的Cr2O3会继续生成，但是由于金属的消耗大，当Cr浓度低于临界值后，Cr2O3膜就不再具有保护作用了。大量研究表明，

6、NiAl合金能形成稳定的保护性氧化铝膜，但是在Al浓度较低情况下，氧化初期形成的Al2O3膜不能稳定存在，随后被快速生长的NiO+NiAl2O4+Al2O3混合膜所取代。只有当Al浓度较高时Al的外扩散才能足以维持Al2O3膜的稳定，但是高的Al浓度会使合金的力学性能下降。第9页虽然提高Si的含量能够形成连续的保护性SiO2膜，但是高的Si浓度易导致金属间化合物的形成，从而降低合金的力学性能。由于氧化层与金属基体存在着热膨胀系数差，易产生热应力，致使氧化层与金属基体结合性能较差，严重时会导致氧化层翘曲，剥落等现象。由于稀土元素的某些特殊

7、性质，掺杂稀土后能改善氧化膜的粘附性，减缓高温合金的氧化速率，降低添加Cr,Al,Si等氧化膜形成元素的所需浓度等，使得掺杂稀土高温合金越来越得到重视，以下将综述稀土作用的各种机制和作用模型，予以解释掺杂稀土高温合金的特殊作用。2稀土作用机制2.1掺杂稀土改变氧化膜的生长机制有研究表明，在含Cr的高温合金中，不掺杂稀土元素前，铬离子向外扩散占优，新的Cr2O3主要在氧化膜/气体界面生成，这时在金属/膜界面生成空洞，发展成为表面非接触区，膜极易自非接触区开始分离或剥落；而当掺杂少量稀土后，氧离子向内扩散占优，新的Cr2O3主要在氧化膜/合

8、金界面生成，减少空洞的形成和减小生长应力，起到一定的保护作用。2.2掺杂稀土提高氧化膜的粘附性能靳惠明等人通过对比纯Ni和经过离子注入法掺杂Y的Ni试样在1000℃循环氧化90h后的重量变化发现，未注钇的镍