【摘 要】
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随着航空发动机推进比的不断提高,发动机热端部件的承热能力需要进一步提高,且需达到高温强度、蠕变抗力、室温韧性、抗氧化性和密度等多方面性能的综合平衡匹配。近年来发展的Nb-Si基超高温合金,其有潜力在目标温度比Ni基高温合金服役温度高200～300℃条件下使用。Nb-Si-Ti超高温合金中含有硬质强化相（Nb,Ti）5Si3和韧性铌基固溶体（Nb,Ti）ss,其中硅化物Nb5Si3有较好的高温强度和
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随着航空发动机推进比的不断提高,发动机热端部件的承热能力需要进一步提高,且需达到高温强度、蠕变抗力、室温韧性、抗氧化性和密度等多方面性能的综合平衡匹配。近年来发展的Nb-Si基超高温合金,其有潜力在目标温度比Ni基高温合金服役温度高200～300℃条件下使用。Nb-Si-Ti超高温合金中含有硬质强化相（Nb,Ti）5Si3和韧性铌基固溶体（Nb,Ti）ss,其中硅化物Nb5Si3有较好的高温强度和抗氧化性能,铌基固溶体（Nb,Ti）ss具有良好的室温韧性;研究表明通过添加合金化元素能够获得新的强化相,并改变强化相和韧性固溶体含量从而获得合金的综合性能的提高。激光直接沉积技术是在快速成形原理的基础上,结合了 CAD、激光技术及材料的凝固原理形成的新型材料制备技术,具有制备工艺灵活、周期短、组织致密等优点。采用激光直接沉积技术制备Nb-16Si-20Ti超高温合金,在此基础上通过添加一定量的合金元素Al和B进行合金成分优化设计,并对显微组织及性能进行初步表征和评价。本文通过激光直接沉积单道Nb-16Si-20Ti材料进行激光工艺参数优化,获得的优化参数为:激光功率550W,激光扫描速度5.40mm/s,搭接率40%。并以此优化工艺参数成功制备出Nb-16Si-20Ti及Nb-16Si-20Ti-xAl（x=0,2,3,4at.%）和Nb-16Si-20Ti-3Al-yB（y=5,10,15at.%）块体样品。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微维氏硬度仪、摩擦磨损试验机及高温电阻炉等实验设备对其显微组织及硬度和抗氧化性能进行分析表征,初步研究了添加的Al和B元素对Nb-16Si-20Ti超高温合金组织及性能影响规律,获得如下研究结果。Al元素促进共晶组织（Nb,Ti）ss/（Nb,Ti）5Si3的形成,抑制（Nb,Ti）3Si相的形成。随着Al元素含量的增加,共晶组织细化,合金沉积层上部区域的显微硬度的呈上升趋势,说明大量共晶组织的形成可以提高合金的显微硬度。随着Al元素含量的增加,合金的氧化速率呈下降趋势,Al元素含量由2at.%到4at.%变化时,合金氧化速率由11.08μm/h减少到4.99/μm/h,添加4at.%Al的Nb-16Si-20Ti合金由大量的共晶组织及少量韧性（Nb,Ti）ss相构成,有效地提高了合金的抗氧化性能。B元素促进（Nb,Ti）3（Si,B）相的形成但不利于共晶组织（Nb,Ti）ss/（Nb,Ti）5（Si,B）3的形成。添加5at.%～10at.%B元素的Nb-16Si-20Ti-3Al合金显微组织中出现了大量枝晶状、大尺寸（Nb,Ti）3（Si,B）相;添加15at.%B元素的Nb-16Si-20Ti-3Al合金显微组织中出现大量的四方块状的（Nb,Ti）ss及六方块状的γ（Nb,Ti）5（Si,B）3相。随着B元素的添加,制备的合金样品显微硬度呈急剧上升趋势,耐磨性能得到有效提高,但合金的抗氧化性呈下降趋势,由于高温不稳定（Nb,Ti）3（Si,B）相的大量存在造成,实验表明B元素含量应控制在5at.%以下。
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