粉末冶金Ni基合金高温氧化性能及室温力学性能研究

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随着社会的进步,航空航天技术的不断进步发展,传统的航空航天高温材料已经越来越无法胜任航天技术的要求,这就迫使材料研究者们研发能在更高使用工作温度下,其性能更加稳定,抗氧化性能更加优越的材料,镍基高温合金在整个高温合金领域都占有非常重要的地位,在航空航天高温材料中目前还没有其他材料能够取代,所以开发高温性能更稳定的镍基合金高温材料非常迫切。鉴于此,本文系统研究了典型的形成Cr203或A1203氧化膜的合金材料的高温氧化机理,及添加适量活性元素对氧化行为的影响,并从最佳烧结工艺做出了一定的探讨,以期为开发高性能高温材料、进一步理解活性元素作用机制提供一定的理论依据。本文采用粉末冶金技术,制备出不同Al、Cr、Y2O3含量的镍基合金,研究不同成分合金、不同烧结温度的常温力学性能以及高温抗氧化性能,分析其作用机制,结果表明:1. Ni-5Al-xY2O3 (x=0~1, wt%合金烧结后主要由Ni相组成,Ni-10Al-xY2O3 (x=0~1,wt%)合金主要由Ni3Al相为主,说明,在合金中增加A1含量,有助于Ni和Al的结合生成Ni3Al相。2.1250℃烧结,随着Y203含量的增加,Ni-5Al-xY2O3和Ni-10Al-xY2O3合金的硬度、抗弯强度降低,随着A1含量的增加得到提高。Ni-5Al-xY2O3和Ni-10Al-xY2O3最大值硬度值分别为173.1HV和244.8HV,最小硬度值分别为101.2HV和198.5HV; Ni-10Al-1.0Y2O3的抗弯强度比Ni-10Al降低了669MPa,比Ni-5Al-1.0Y2O3提高了503MPa。3. Ni-5Al-xY2O3合金在1100℃氧化后,氧化膜主要分为两层即外层NiO层,内层为Al2O3、NiAl2O4或两者的混合氧化膜。Ni-5Al-xY2O3合金高温抗氧化性能随着Y203含量的增加逐渐降低,Y203的添加会促进NiO的生成,随着含量的增加,NiO的生长速度加快,晶粒变大。4.Ni-10Al合金外层氧化膜为NiO,内层氧化膜为形成Al2O3、NiAl2O4或两者混合氧化膜。Ni-10Al-0.2Y2O3和Ni-10Al-1.0Y2O3合金外层氧化膜为Al2O3、NiAl2O4或两者混合氧化膜,内层氧化膜为Al2O3, Ni-10Al-0.6Y2O3合金只生成一层氧化膜。Y203的添加促进A1203的选择性氧化并优先生长,增强氧化膜与基体的粘附性,提高合金的高温抗氧化性能,最优添加值为0.6wt.%。Ni-10Al-xY2O3合金高温抗氧化性能明显优于Ni-5Al-xY2O3。5.随着Cr含量的增加,Ni-10Al-0.6Y2O3-xCr (x=5-20, wt%)合金的孔洞减少,致密度增大,合金硬度和抗弯强度提高,一定范围内提高烧结温度,合金的硬度和抗弯强度得到提升。20wt.%Cr在1270℃烧结后的合金性能最优,其硬度值和抗弯强度分别为352HV和1605MPa。6.Ni-10Al-0.6Y2O3-xCr合金中Cr含量的增加,对合金高温抗氧化性能的提升非常有益,合金的主要氧化产物为A1203,在高温下,高的Cr含量能促进A1203的生成。
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