【摘 要】
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Mo-Si-B合金因为具有高熔点、优异的抗蠕变性能以及良好的高温抗氧化性能而被认为有潜力应用于航空发动机叶片用材料。然而,目前广泛研究的由Mo-Mo3Si-Mo5SiB2三相组成的Mo-Si-B合金因为三相中各单相性质的不同而使该合金的室温韧性与高温抗氧化性能之间存在此消彼长的矛盾,难以同时有效提高,这严重限制了Mo-Si-B合金的应用推广。本论文拟通过组织结构的优
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Mo-Si-B合金因为具有高熔点、优异的抗蠕变性能以及良好的高温抗氧化性能而被认为有潜力应用于航空发动机叶片用材料。然而,目前广泛研究的由Mo-Mo3Si-Mo5SiB2三相组成的Mo-Si-B合金因为三相中各单相性质的不同而使该合金的室温韧性与高温抗氧化性能之间存在此消彼长的矛盾,难以同时有效提高,这严重限制了Mo-Si-B合金的应用推广。本论文拟通过组织结构的优化设计,包括ZrB2第二相添加和α-Mo晶粒尺度调控,以同时改善Mo-12Si-8.5B合金的室温力学性能和高温抗氧化性能。论文系统深入研究了微观组织结构变化对Mo-Si-B合金室温韧性和高温抗氧化性能的影响规律,通过建立合金成分-微观组织-力学性能-抗氧化性能之间的联系,阐明了第二相ZrB2添加和α-Mo晶粒尺度变化所引起的强韧化和高温抗氧化效果,尤其是揭示了合金抗高温氧化的微观机理。添加ZrB2(0.2-4.0wt%)的Mo-12Si-8.5B合金由亚微米级α-Mo、Mo3Si、Mo5SiB2相以及纳米级第二相颗粒Zr02与ZrB12(ZrB2吸氧反应生成)组成。其中,添加了1.0wt.%ZrB2的合金具有连续α-Mo基体上均匀分布有Mo3Si和Mo5SiB2,第二相颗粒主要弥散分布于α-Mo晶粒内,少部分分布于各相晶界处的微观结构,各相晶粒明显细化。添加ZrB2引起的细晶结构、生成的纳米第二相颗粒以及晶界净化作用对合金产生了良好的强韧化效果,尤其是韧化效果显著,该合金的断裂韧度相比于未添加ZrB2的合金提升了25.3%。此外,ZrB2的添加显著提升了合金的高温抗氧化性能,其中添加了1.0-2.5wt%ZrB2的Mo-12Si-8.5B合金因为合金表面能够快速形成连续、钝化的硅酸盐玻璃保护层而在不同高温下均表现出优异的抗氧化性能,且将合金的耐氧化温度拓宽到了900-1400℃。通过将成分为Mo-12Si-8.5B-1.0wt%ZrB2的粗晶粉与细晶粉按不同比例混合后进行热压烧结,制备出了具有双尺度α-Mo晶粒的Mo-12Si-8.5B-1.0wt%ZrB2合金,该合金具有微米级和亚微米级α-Mo、亚微米级Mo3Si和Mo5SiB2、纳米级第二相颗粒共存的多层级、多尺度微观组织结构。其中,α-Mo中微米级晶粒占比为15.7vol.%的合金的α-Mo基体呈连续状且微米级α-Mo分布均匀,这种微观组织结构对合金的韧化效果显著,合金表现出最大断裂韧度值:13.1MPa·m1/2,并保持了高强度;其韧性提高主要是由于微米级α-Mo易于位错储存及滑移、粗大且连续的α-Mo具有较强的裂纹捕获能力,以及亚微米级细晶结构、第二相颗粒所引起的裂纹偏转。当α-Mo中微米级晶粒体积分数
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