铌及铌合金的表面防护技术.pdf

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1、2013年9月铌及铌合金的表面防护技术铌及铌合金的表面防护技术陈海君刘序英叶祥欧阳芬芬程广亮刘康生周雅(南昌航空大学材料科学与工程学院，江西南昌330063)摘要：本文对铌及铌合金的分类、应用，腐蚀机理及其表面防护技术作了介绍。利用表面扩散在铌及铌合金表面渗入AI、Mo等元素、表面处理在其表面形成钝化膜或通过表面涂镀在其表面添加抗氧化涂层等技术能够提高铌及铌合金的表面防护性能。并分析了各项技术在研究及应用中面临的问题。关键词：铌合金腐蚀机理表面防护钝化膜抗氧化涂层0引言镍与镍铁高温合金中发挥了作用，高温合金中加入铌20世纪5O年代中期到60年代初，应生产需求，全可提高高温强度J。2O

2、世纪50年代后期铌基合金已球在铌及铌合金的研究方面，主要发展具有优异抗氧被确定为高温材料，其中最重要的合金是C103(Nb～化性能的和具有高强度的两类铌合金。中国于195810Hf一1Ti一0．7Zr)，目前用在火箭推进器喷嘴，高温用年开始铌的生产工艺研究，1963年利用铌原料主要是阀和涡轮发动机的推助翼。铌在许多腐蚀环境中有极烧绿石，铌铁矿开始铌的工业化生产，已生产低强、中佳的抗腐蚀性能。因此这使铌及铌合金成为需要在抗强等多种牌号的铌合金。全球对铌的需求自1993年腐蚀性环境中应用得极好的材料。以来不断增长，平均每年增长率为9．7％。随着铌及1．2．2钢铁铌合金在国民生产及航空领域

3、的广泛应用，铌与现代冶金过程主要是利用铌获得超细晶粒，均匀的纤人的生活已息息相关。铌及其合金熔点高，耐蚀性好，维组织与结构钢优越的力学性能。含铌结构钢独特的铌钽合金被称为最抗腐蚀的金属材料。它不仅有良好冶金性能能够很好地满足机械、腐蚀和高温的严格要的力学性能。而且物理及化学性质稳定。在航空领域求。目前铌在建筑用钢中主要用于建筑钢板和型钢，中，铌及铌合金已成为航天与核工业中高温结构件的超过在线钢筋和商品条钢等长材中应用。重要候选材料之一，并有望在21世纪代替镍基合金成含铌不锈钢最主要应用于制造化学工业和石油为航空航天结构件材料。工业的大型设备，能在高温以及和腐蚀性介质接触的l铌及铌合金

4、的分类及应用条件下使用。如蒸汽涡轮发动机需要很高的工作温度1．1铌舍金的分类和压力，把它用于转子和蒸汽管道的制造将有助于发2O世纪初，主要存在的铌合金如表1所示。动机效率的提高。表1铌合金的部分品种铌铁常应用于铸造添加剂和电焊条合金剂。铌型号除Nb外，其它主要合金元素含量锰铁合金常以含铌的贫铁矿及含铌的平炉钢渣为原C1031O％Hf1％Ti料，经碳热法冶炼可提供给炼钢和铸铁作为添加剂的铌锰铁合金。F．s85l0％W28％ra1％Zr1．2．3超导Cb129Y1O％W1O％llf铌在超导上的应用从超能物理研究转向工业应用Cb752b10％W2．5％Zr舞台。Nb一47％Ti合金丝成为制

5、造核磁共振分光计及另外，WC3009合金出现得更晚一些，这种合金被核磁共振成像医疗诊断设备等超导磁体的主要材料。用于火枪筒和铆钉材料，但没有更具体的应用⋯。一般这些合金用电轰击炉与真空电弧炉炼生产。纯铌铌合金作为结构材料主要分三类：高强合金(如片已被用于建造高能物理研究用粒子加速器的发射Nb一30W一1Zr、Nb一17W一4Hf一0．1C、Nb一2OTh一腔。15W一5Mo一1．5Zr一0．1C)、中强合金及低强高塑性合1．2．4薄膜金。1987以来，铌成为薄膜应用领域的重要材料。尽1．2铌及铌舍金的应用管金属铌是原始材料，但事实上绝大部分商业用铌薄1．2．1高温合金膜是用的铌的氧化

6、物生产出来的。二氧化铌用作微电铌在高温合金中应用始于20世纪30年代末，铌在子的开关。五氧化二铌具有高的电容率，可用作电介2江西化工2013年第3期质，并且折射率高，可用作抗反射涂层。性和选择性。1．2．5电容器2铌及铌合金的氧化腐蚀机理最近，人们开始关注用铌粉代替昂贵的钽粉制造铌在常温下化学性质稳定，从180'U开始发生缓慢电容器，采用铌会降低成本与设备重量。据报道，每磅的氧化，到230~C时氧化比较明显，铸锭与烧结块在钽粉的价格在350美元以上，而铌粉的价格比其便宜700~C时氧化显著。铌在450~C以下氧化产物具有保护的多。铌的密度也比钽低很多(8．57g／em对16．6g／作

7、用，在450—600~C氧化皮中氧化铌晶体密度发生变em)，这对移动设备来说优势明显。并且铌电容器的化，并导致氧化皮层开裂与粉化，在600—700't：时氧化优越性体现在1000uF以上大容量的电容器上。不同速度与氧压成正比关系，在700—850℃时内层氧化皮材料的电容器应用范围如下图1。起控制作用，在低压下还会有少量NbO和NbO生成。由于Nb：O与基体的体积比较大，在表层产生很大的双向内应力。当氧化皮长大到极限厚度时，由于体积应力大于氧化层的结合强度使