Nb/Nb_5Si_3微叠层复合材料制备与其组织结构

采用大功率离子束辅助(IBAD)电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备Nb/Nb5Si3叠层状复合材料。利用X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对材料的组成相和微观结构进行分析,探讨EB-PVD制备工艺对微叠层材料的结构和形貌的影响。采用双靶材、蒸气垂直入射及高温高束流制备微叠层材料,并进行真空热处理以考察微叠层材料在1200℃下保温3h后的结构演变。实验结果表明:制备出Nb/Nb5Si3微叠层复合材料,由立方Nb和四方Nb5Si3混合相组成,具有明显的层状结构。真空热处理后,微叠层材料柱状晶结构向等轴晶转化。     

Nb/Nb-Si微叠层复合材料制备及性能

采用离子束辅助(IBAD)电子束物理气相沉积(EB-PVD)工艺制备Nb/Nb-Si微叠层状复合材料,利用XRD和SEM对材料的物相结构和组成进行分析,测定材料的抗氧化性能和耐燃气热腐蚀性能,分析影响材料抗氧化性能和耐燃气热腐蚀性能的原因.结果表明:Nb/Nb-Si微叠层材料主要由立方Nb和四方Nb5Si3混合相组成;1150℃恒温氧化条件下抗氧化性能达到航空工业行业标准的抗氧化级,900℃/100 h燃气热腐蚀试验后试样的平均腐蚀速率为0.517 g/(m2·h);Ti,Cr元素的加入显著提高了Nb/Nb-Si微叠层的抗氧化性能和耐燃气热腐蚀性能.     

Nb-Si-Mo三元系合金相图

 Nb/Nb5Si3原位复合材料是一种有望替代镍基超合金用做飞机发动机叶片的新一代超高温结构材料。采用非自耗电弧熔炼技术制备出不同成分的Nb/Nb5Si3原位复合材料,利用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪对Nb-Si-Mo三元系合金的相组成和微观组织进行研究。结果表明：Nb-Si-Mo三元系部分液相面投影图（<37.5 at% Si）含有4个初生相区,其立体相图中存在2个液固四相平衡反应和1个固态四相平衡反应。在2个液固四相平衡反应面之间存在一个三相共晶平衡棱柱,成分位于该棱柱内的合金会通过L→Nbss+β-Nb5Si3反应凝固生成Nbss/β-Nb5Si3片层共晶。     

电子束区熔定向凝固Nb基高温合金的组织和性能

研究了Nb-Si-Ti-Hf-Cr-Al-B-Y合金在电子束区熔炉上的定向凝固组织、室温断裂韧性和高温瞬时拉伸性能.合金的组织主要由Nb基固溶体(Nbss)、α-(Nb)5Si3和(Nb)3Si相组成.定向凝固后,初生Nbss枝晶以及Nbss α-(Nb)5Si3/(Nb)3Si层片状或棒状共晶团均沿着试棒轴线定向排列.当电子枪移动速率R=2.4 mm/min时,定向效果最好.定向凝固使合金在1250℃的拉伸强度及室温断裂韧性均显著提高.R=2.4 mm/min试棒的抗拉强度最高,达85.0 MPa,同时其室温断裂韧性也达到19.4 MPa·m1/2.     

EB-PVD工艺制备Ti/Ti-Al超薄多层复合材料的微观结构与性能研究

利用大功率电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术制备了Ti和Ti-48at%Al交替蒸发沉积形成的金属/金属间化合物型多层材料薄箔.研究了靶基距、微观结构参数及试样在制备材料的选取位置对其性能的影响,考察了Ti/Ti-Al微叠层材料在不同温度下的拉伸性能,结果表明材料的室温脆性得到了明显改善,高温下由于金属间化合物层的反常强化作用,使材料在500～800 ℃之间的性能较为理想.     

热处理对NiCrAkl／Ni3Al微叠层材料力学性能影响

利用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)制备NiCrAl/Ni3Al微叠层复合材料,对其在制备态和时效态不同温度下的力学性能进行试验,考察不同时效温度对材料拉伸性能的影响.结果表明,制备态样品沿柱状晶晶界发生脆性断裂,而热处理态样品的断口具有典型的韧性断裂特征.力学性能测试结果表明,经过适当的热处理后,微层材料室温和高温力学性能与制备态时相比,有明显的改善.经740℃/32h热处理后,材料性能明显提高.     

微叠层结构EB-PVD热障涂层

采用EB-PVD非连续沉积工艺制备了微叠层结构热障涂层,对涂层结构和晶体形貌进行了SEM观察和分析,采用激光脉冲法测定了涂层的热扩散系数,并采用增重法研究了涂层的氧化动力学特征,分析了氧化后的元素扩散情况.结果表明,非连续EB-PVD沉积工艺制备的涂层具有明显的层状特征,常规EB-PVD热障涂层的柱状晶结构被周期性地打破;但在每一层中,柱状晶结构得以保留,且晶粒更加细化.微叠层热障涂层的热扩散系数比常规热障涂层降低20%～30%,涂层热扩散系数的降低主要与层间界面和晶粒的细化减小了声子的平均自由程有关.微叠层结构热障涂层的氧化增重速率明显低于常规试样,遵循典型的抛物线规律,垂直于元素扩散方向的层间界面和细晶更有效地降低或阻止了O、Al、Ni、Cr等元素的扩散,可能是氧化增重速率较低的主要原因.     

NiCrAl/Ni3Al微叠层材料的断裂韧度测算

利用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)制备了NiCrAl/Ni3Al微叠层复合材料.建立了具有中心穿透裂纹有限宽NiCrAl叠层的Ⅰ型裂纹扩展模型,推导出它的断裂韧度表达式,并利用带预制裂纹的NiCrAl/Ni3Al叠层试样的四点弯曲断裂数据,估算出NiCrAl的断裂韧度,叠层后增强Ni3Al单体的断裂抗力.实验结果表明,制备态NiCrAl/Ni3Al微叠层复合材料试样的拉伸断口呈现出裂纹扩展和裂纹瞬断两个区域;随着温度的升高,塑性增加.     

不同热暴露状态下Nb/Mo多层金属复合材料微观特征分析

利用电弧沉积法研制出新型Nb／Mo多层金属复合高温结构材料，在复合材料表面制备相应的高温抗氧化涂层。在大气环境下对该材料进行了高温热暴露试验，并对不同热暴露状态的Nb／Mo多层金属复合材料进行了微观组织观察和分析。结果表明，在可靠的抗氧化涂层的保护下，Nb／Mo多层金属复合材料在1600℃热暴露15h后，其内部层间组织结构仍基本保持完整。     

Nb＋Ni中间层对Ti2AlNb与GH4169扩散连接接头组织与性能影响

在950～1100℃,20MPa,20～120min的工艺条件下,添加厚度均为10μm的Ni+Nb为中间层,对Ti2AlNb与GH4169真空扩散连接工艺进行了研究.利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)对接头截面和断口的成分和相组成进行了分析.结果表明,添加Ni+Nb做中间层能实现Ti2AlNb与GH4169良好的连接.在GH4169与Ti2AlNb之间生成6层反应层,自GH4169侧依次为:Fe-Ni-Cr固溶体,Ni3Nb,Ni6Nb7,残留Nb层、Ti-Nb固溶体、高铌O相.在剪切试验中,接头沿Ni3Nb层与Nb层之间的Ni6Nb7层断裂.在1050℃,20MPa,40min工艺条件下,剪切强度达到最高,为460MPa.     

Nb521 铌钨合金组织性能及其应用研究

对我国新研制的Nb521铌钨合金的室温及高温性能进行了研究,并对相应的微观组织进行了分析,并结合其在液体火箭发动机推力室身部的应用情况。结果表明:该铌钨合金具有优异的工艺性能及高温性能,可满足发动机对材料性能的使用要求。     

C／SiC复合材料与Nb的液相渗透连接

研究了不同编织方法的C/SiC复合材料与金属Nb的连接情况。采用液相渗透连接方法以Ni基连接剂为中间层在1300℃、保温时间45min、压力20MPa、真空条件下分别对二维、三维C/SiC复合材料与金属Nb进行了连接。结果表明二维C/SiC复合材料与金属Nb不能得到较好的连接,整个连接件在由连接温度降温到室温过程中已发生脱离现象;而三维C/SiC复合材料与Nb金属连接良好。     

Laves相金属间化合物Cr2 Nb的增韧方法

综述了Laves相Cr_2Nb金属间化合物的结构和变形机制及其韧化研究进展,重点评价了细晶增韧、软第二相增韧和合金化增韧这三种方法,指出了存在的问题及今后的研究方向。     

热处理对Ni_(47)Ti_(44)Nb_9记忆合金约束态恢复力的影响

研究了热处理对Ni47Ti44Nb9记忆合金温度和应变对恢复应力的影响。利用变温拉伸机和微机热膨胀仪等研究了温度和应变对恢复应力的影响。Ni47Ti44Nb9合金相变应变随着变形温度的降低而明显升高,残余应变随着变形温度的降低而降低,弹性恢复应变随着变形温度的降低而略微升高。Ni47Ti44Nb9合金变形后约束加热至较高温度(150℃)后仍残留有马氏体相;超过As′温度后恢复力迅速增加,到150℃时恢复力已经接近最高值。加热温度对恢复力的大小有明显影响,随温度降低,恢复力下降。热循环对恢复力大小影响不明显。     

高铌钛铝合金的制备工艺

研究了高铌TiAl金属间化合物的材料制备工艺。结果表明,感应凝壳熔炼时的合金收得率远远小于自耗熔炼时的合金收得率,因此在熔炼过程中损失主要来自于感应熔炼过程,而感应熔炼过程中合金的损失主要来自于凝壳大小及合金熔液挥发的多少;高铌TiAl合金的成分波动主要是由于凝壳大小波动造成的,感应熔炼完成后合金的Al含量取决于凝壳和合金溶液挥发对合金Al含量的共同影响效果;高铌TiAl合金在熔炼过程中,Nb的含量是在逐渐增加的。经过1200℃,24小时均匀化退火可以消除原始铸态组织的枝晶偏析。     

热变形对高铌TiAl合金微观组织的影响

通过对Ti-45Al-8.0Nb-0.2W-0.2B-0.1Y(原子百分数)合金的热压缩分析发现,其变形温度和变形速率对合金的真实应力-应变曲线以及变形后的组织有显著的影响。在低的变形温度和高的变形速率下,随应变量的增加合金呈现明显的软化现象,变形后存在大量的流线型组织,当变形温度达到1250℃、变形速率降到1×10^-3s^-1时,合金变形后的组织逐渐得到充分的再结晶,铸态组织得到明显的细化。     

合金元素Y对高铌TiAl高温合金长期抗氧化性的影响

研究不同含Y量对高铌TiAl合金在900℃恒温条件下,1000h的抗氧化性的影响.结果发现,从长期看,氧化速率、氧化膜结构以及氧化膜抗剥落能力均与Y含量有关.在900℃等温氧化条件下,0.4 at%Y含量能有效提高高铌TiAl合金的抗氧化性,而高Y含量对与抗氧化性的负面影响在氧化初始阶段已经十分明显.通过对氧化后样品SEM和EDS分析发现,适量Y元素的加入可以细化氧化物颗粒,促使合金表面形成连续Al2O3保护膜,提高氧化膜与合金基体的粘附性,从而提高高铌TiAl合金的高温长期抗氧化性.     

Effects of Nb Content on Yield Strength of NiTiNb Alloys in Martensite State

Two near single-phase NiTiNb alloys—Ni₅₀Ti₄₈Nb₂ and Ni_49.5Ti_46.5Nb₄—are prepared and studied by means of scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), differential scanning calorimetry (DSC) and tensile tests in order to unearth the effects of Nb-atom solid solution in NiTi phase on the yield strength induced by self-accommodation of martensite variants. The results show that the yield strength of near single-phase NiTiNb alloys varies inversely with the amount of Nb-atoms solid-dissolved in NiTi phase. From the results out of the prior and current studies, it can be surmised that the effects of Nb content on the yield strength of NiTiNb alloys in martensite state depend on the coaction. Nb solid solution weakening mechanism and β-Nb phase composite strengthening mechanism. This inference might be a satisfactory explanation to the fact that the yield strength of (NiTi)_50–0.5xNb_x alloys in martensite state begins with decline and then rises when the Nb content increases.