热压烧结对Laves相NbCr2合金组织及高温氧化行为的影响

研究了不同热压温度和时间对Cr-33at%Nb合金显微组织及氧化行为的影响,并用SEM和X射线衍射对合金组织及氧化产物进行了分析。结果表明,热压温度升高有利于组织致密,保压时间延长有利于Laves相NbCr2热反应合成。不同热压条件制备的Cr-Nb合金在1200℃的氧化动力学均近似符合抛物线规律,氧化膜均由两部分组成,外层为Cr2O3,内层为CrNbO4。随着热压温度的升高,合金氧化速率减小;保压时间由15min延长到80min时,合金氧化速率逐渐减小,但当达到120min时,氧化速率又有所提高。     

热压时间对Laves相Cr2Nb合金组织与性能的影响

采用机械合金化 热压工艺路线制备化学配比成分的单相Laves相Cr2Nb合金.研究了Cr、Nb元素粉经20h球磨后在1300℃不同时间热压所获得的Laves相Cr2Nb合金的组织性能.结果表明,采用机械合金化 热压工艺可以制备出高致密度的组织细小均匀的Laves相Cr2Nb合金,随着热压时间的延长,合金的致密度、晶粒尺寸和维氏硬度逐渐增大而断裂韧度逐渐减小.1300℃×30min的热压试样的平均晶粒尺寸达到亚微米级,致密度达到98.7%,断裂韧度达到5.07MPa·m1/2,与熔铸法制备的Laves相Cr2Nb相比,室温断裂韧性提高,实现了细晶组织对Laves相Cr2Nb合金的增韧效果.     

三元Cu60Ni20Cr20合金的制备及其显微组织

采用机械合金化,随后在750℃、58 MPa 下热压制备了致密的块体纳米晶Cu60Ni20Cr20合金,用x射线衍射仪、扫描电子显微镜等分析手段对比研究了不同晶粒尺寸的Cu60Ni20Cr20合金的显微组织.结果表明:随着球磨时间的延长,由于晶粒的细化和应变的结果,衍射峰偏移并有明显的宽化产生,Cr在Cu中的固溶度明显增加,在球磨40 h后,合金已由双相变成亚稳态的单相.由于机械合金化的粉末处于非平衡态,其过饱和固溶体随热压和真空退火过程的进行会慢慢分解,合金由单相变成两相,a-Cu和γ-Cr两相颗粒均成倍长大,但仍保持纳米级尺度.扫描电子显微镜(SEM/EDX)观察表明,合金致密度很高且显微组织均匀.讨论了晶粒细化对合金显微组织的影响.     

合金元素对Laves相增强Nb基合金的相组成

采用机械合金化与热压烧结工艺制备了添加合金元素V和Fe的Laves相增强的Nb基复合材料。研究了添加质量分数4%V和Fe的Nb/NbCr2-4.0V和Nb/NbCr2-4.0Fe配比成分的元素粉,经MA20h后在1250℃热压30min所获得的Nb/NbCr2合金的组织和性能。结果表明:在热压过程中原位合成出细小弥散分布的三元Laves相Nb(Cr,V)2和Nb(Cr,Fe)2,并且V和Fe原子只占据Laves相中的Cr原子位置。制备出的Laves相增强Nb基合金接近全致密,组织细小均匀,晶粒尺寸小于500nm。Nb/NbCr2-4.0V和Nb/NbCr2-4.0Fe合金的断裂韧性分别达到5.3和6.3MPa·m1/2,其中Nb/NbCr2-4.0Fe合金不仅抗压强度达到2256MPa,其屈服强度和塑性应变也分别达到2094MPa和6.03%。     

纳米晶Ni-Ag合金高温氧化行为研究

球磨80～200h的Ni-Ag合金粉末经热压烧结后获得了晶粒尺寸小于50nm的Ni-50Ag纳米晶块体材料,经热处理后其晶粒长大约至100nm.在600℃的高温氧化时,合金呈现出不同的氧化膜结构及氧化增重速率.MA80hNi-50Ag和MA200hNi-50Ag合金在600℃空气氧化时均未形成选择性的外氧化膜,而形成了非平衡态复杂内氧化结构.热处理前,合金的氧化行为受晶粒尺寸以及合金内部缺陷,内应力等诸多因素的影响,导致MA80h和200h合金不同时间合金氧化速率常数相差较大.而经热处理后,主要是晶粒尺寸影响合金的氧化行为.     

相组成对Cr-Nb合金高温氧化行为的影响

采用机械活金化 热压烧结法制备5种不同相组成的Cr-Nb合金,研究相组成对Cr-Nb合金在950～1200℃空气中氧化行为的影响。结果表明,Cr相能显著增加NbCr2合金950℃的抗氧化性能;而Nb相不利于合金高温抗氧化性的提高,甚至发生灾难性氧化。SEM和XRD分析显示,单相Cr-2.5Nb合金发生了Cr的外氧化,只形成单一的Cr2O3膜;而双相Cr-18.5Nb合金和单相Laves相NbCr2合金均发生Cr的外氧化和内氧化,形成两层结构的氧化膜。但随着氧化温度增加到1200℃,由于Cr2O3的挥发,导致Cr-Nb合金高温抗氧化性变差。因此,为满足实际高温应用要求,对富软第二相Cr或Nb的NbCr2基合金实施相应的表面防护是必须的。     

纳米晶块体Fe-60Ni-15Cr合金的高温氧化行为

通过热压采用机械合金化(MA)法合成的合金粉末制备纳米晶块体Fe-60Ni-15Cr(MA)合金,并与粉末冶金(PM)法制备的常规尺寸Fe-60Ni-15Cr(PM)合金对比,研究两种合金在700~900℃、0.1 MPa纯氧中的氧化行为以及晶粒细化对其氧化行为的影响。结果表明:Fe-60Ni-15Cr(PM)和Fe-60Ni-15Cr(MA)合金的氧化动力学曲线均偏离抛物线规律。在相同温度下,纳米尺寸Fe-60Ni-15Cr(MA)合金的氧化速率明显低于常规尺寸Fe-60Ni-15Cr(PM)合金的。Fe-60Ni-15Cr(PM)合金表面没有形成保护性的Cr2O3膜,而是形成了由Fe的氧化物组成的外氧化膜和由Fe、Ni和Cr氧化物组成的内层,并有合金和氧化物相组成的混合内氧化形成。相反Fe-60Ni-15Cr(MA)合金表面则只形成了保护性的Cr2O3外氧化物膜。因此,晶粒细化有利于降低合金表面形成连续Cr2O3外氧化膜所需Cr的临界含量,促使合金能在较低的Cr含量下形成连续有保护性的Cr2O3外氧化膜。     

晶粒尺寸对耐热钢在高温水蒸汽中的氧化行为的影响

从氧化动力学、氧化膜相组成及微观结构方面,研究了晶粒尺寸对18Cr-8Ni耐热钢在700 ℃下的高温水蒸汽中氧化行为的影响。结果表明：晶粒细化提高了耐热钢的抗水蒸汽氧化性能,降低了其氧化增重,推迟了失稳氧化的发生;晶粒细化改变了耐热钢氧化膜的微观结构,减小了“弹坑”区的尺寸且促进了“弹坑”区与合金界面上富Cr氧化物层的形成;晶粒细化对耐热钢抗水蒸汽氧化性能的改善主要归因于其对氧化物的形核和Cr向氧化膜/合金界面扩散的促进作用。     

合金元素Al对Laves相NbCr2显微组织及断裂韧性的影响

采用机械合金化+热压烧结的工艺路线制备Laves相NbCr2合金,研究合金元素Al对其显微组织、力学性能,特别是韧化效果的影响.结果表明:合金元素Al主要占据了Laves相NbCr2金属间化合物中Cr原子的晶格位置.添加合金元素Al的Laves相NbCr2合金较未合金化的NbCr2硬度有所提高;当Al含量达到12at%时,断裂韧性要高于未合金化的NbCr2合金,达到了6.8 Mpa√m,远远高于熔铸合金的断裂韧性(1.2 Mpa√m).     

晶粒细化对Cr-25Nb合金高温氧化行为的影响

采用电弧熔铸和机械合金化+热压烧结技术制备晶粒尺寸相差较大的Cr-25Nb合金,研究其在950及1200 ℃空气中的氧化行为。结果表明,熔铸态及机械合金化Cr-25Nb合金氧化后均没有发生Cr的单一外氧化,而形成了以Cr2O3为外层、NbCrO4为内层的双层氧化膜结构;机械合金化Cr-25Nb合金在950及1200 ℃的氧化速度均小于熔铸态合金,特别是在1200 ℃氧化100 h后,熔铸态Cr-25Nb合金的氧化增重是机械合金化合金的2倍多。这主要是因为晶粒细化促进了氧化膜内应力的释放,提高了氧化膜与基体的粘附性     

粉末冶金Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V合金组织演变及其力学行为

采用粉末冶金法对不同球磨时间的Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V合金机械合金化粉末塑变行为,热压烧结材料的微观组织结构和力学行为进行了研究。研究结果表明：塑性良好的Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V粉末随着球磨时间增加首先变形为大尺寸的片状、后经持续的加工硬化破碎成絮状;热压烧结能够制备微观组织可控晶粒细化的Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V合金,合金由单一的Nbss相构成,Ti、Al、Cr、V元素固溶引起Nb晶格尺寸减小0.0685 ?;随着球磨时间增加合金晶粒明显细化进而显著提高了合金的维氏硬度和室温压缩强度,其变化符合材料硬度和强度的Hall-Petch规律。粉末冶金制备Nb-35Ti-6Al-5Cr-8V合金的各项力学性能明显优于熔铸法制备合金。     

晶粒细化对Cu—20Ni—20Cr合金氧化行为的影响

为探讨晶粒尺寸变化对三元复相合金氧化行为的影响，采用机械合金化制备了纳米晶三元Cu-20Ni-20Cr合金，并对比研究了该合金与同成分的铸态合金在700℃～800℃，0．1MPa纯氧气中的氧化行为。结果表明，铸态合金表面没有形成连续的Cr2O，保护膜，而是形成了含有所有组元氧化物及它们复合氧化物的复杂氧化膜结构。纳米晶Cu—20Ni—20Cr合金在700℃时合金表面形成了连续的Cr2O3氧化膜，而800℃时虽没有形成Cr2O3外氧化膜，但氧化膜规则平坦，外层是CuO，中间层是Cu2O，NiO和Cr2O3组成的混合氧化物区，内层则形成了一薄但不连续的Cr2O3层。晶粒细化降低了合金表面形成Cr2O3氧化膜所需活泼组元Cr的临界浓度。     

机械合金化-热压制备Nb/NbCr2复合材料的组织与性能

采用机械合金化与热压工艺制备以Nb固溶体为软第二相的Laves相Nb/NbCr2复合材料。研究不同成分的Nb、Cr元素粉经20 h球磨后在1 250℃,0.5 h热压工艺下所获得的Nb/NbCr2复合材料的组织和性能。结果表明：随着偏离Laves相化学配比的Nb含量的增大,材料的致密度、抗压强度、塑性应变均增加,而维氏硬度减小。Laves相含量为29%的Cr-77.5Nb合金的组织均匀,Nb固溶体与Laves相间隔分布,晶粒尺寸达到亚微米级,屈服强度为2 790 MPa,抗压强度为3 174 MPa,塑性应变达到5.44%,充分实现了细晶和软第二相综合增韧的效果。     

高能微弧合金化法制备的Ni_3Al(Cr)涂层的显微组织及高温氧化性能

采用高能微弧合金化技术,通过控制输出功率、电压、沉积时间等工艺参数,成功地在K3合金表面制备致密的Ni_3Al(Cr)超细晶合金化层.合金化层与基体之间是冶金结合、且制备过程对K3基体的热影响很小.在900℃空气中氧化400 h的结果表明,Ni_3Al(Cr)合金化层比相应的铸态Ni_3Al(Cr)电极和K3高温合金具有更好的高温氧化性能,它形成的富Al_2O_3氧化膜连续致密、粘附性良好,这得益于晶粒细化增加了短路扩散路径,降低了形成富Al氧化膜所需的临界Al含量.     

热暴露对Cr-12Nb-4.4Ni合金组织及性能的影响

对机械合金化+热压制备的Cr-12Nb-4.4Ni合金在1200℃下分别热暴露30,50,100h,研究了热暴露不同时间后合金的组织和性能的变化。结果表明：合金由Cr固溶体和NbCr2构成,Ni主要存在于NbCr2中,热暴露过程中物相稳定;随着热暴露时间的延长,合金中Cr固溶体颗粒长大而NbCr2颗粒尺寸变化不大,Ni优先取代Cr的位置,松弛了NbCr2结构,Cr/NbCr2两相界面处压应力的增加,促进了Cr固溶体中位错的出现和NbCr2颗粒中层错/孪晶密度的增加。随着热暴露时间的延长,合金的室温压缩强度,屈服强度和塑性应变虽略有降低,但仍能保持较高的强度和良好的塑性,热暴露100h后,其压缩强度,屈服强度和塑性应变仍有2170MPa,1406MPa和9.5%。Cr-12Nb-4.4Ni合金热暴露100h后仍具有良好的断裂韧性。     

氧化铬对超细WC-10%Co硬质合金组织和性能的影响

研究了氧化铬添加对超细WC-10%Co硬质合金组织和性能的影响,重点是添加量和高能球磨时间对WC晶粒度、合金组织和合金性能的影响,并分析了氧化铬抑制晶粒长大的机理。研究结果表明:球磨细化了WC晶粒,提升了合金性能,但过分球磨则会导致合金中缺陷增加和WC晶粒的异常长大;抑制剂Cr2O3有效地抑制了晶粒长大,合金中的WC晶粒度随抑制剂加入量的增加而细化,但过多的抑制剂会导致缺碳相和孔隙度的增加,降低了合金的强度。因此适当的球磨和合适的Cr2O3加入量将会在生产低孔隙度、高硬度、高抗弯强度的超细硬质合金中发挥作用。     

机械合金化Ni-20Cr合金的循环氧化行为

结合XRD、TEM、SEM、OM等表面分析技术,研究机械合金化Ni-20Cr合金在1000℃空气中的循环氧化行为,并与熔炼合金进行比较.结果表明:200 h循环氧化后,机械合金化Ni-20Cr合金表面生成Cr2O3氧化膜,且剥落轻微;而熔炼Ni-20Cr合金表面生成由NiO和NiCr2O4组成的氧化膜,且剥落严重,其单位面积失重明显大于机械合金化Ni-20Cr合金.在实验条件下,机械合金化Ni-20Cr合金较熔炼Ni-20Cr合金具有更好地抗循环氧化性能.一方面,晶粒细化促进保护性Cr2O3膜的生成;另一方面,晶粒细化使氧化膜中的热应力减小并可通过扩散蠕变来释放,使氧化膜的粘附性明显提高.     

机械球磨Ag-Zn合金粉末显微组织及内氧化性能

利用XRD、SEM研究球磨时间对Ag-Zn合金粉末显微组织和内氧化性能的影响。结果表明:球磨初期,晶粒尺寸迅速减小,微观应变急剧增加,球磨25h后,变化趋于平缓,球磨100h后,晶粒尺寸和微观应变分别为20nm和0.55%。Ag-Zn合金粉末在机械球磨过程中经历了片层化、片层结构破裂细化、破裂和冷焊的平衡阶段以及片层组织焊合成团4个阶段。Ag-Zn合金粉末的内氧化速度随球磨时间延长而增加,球磨100h的粉末在0.5h内即达到最大氧化程度,与未球磨粉末相比提高了25%。Ag-Zn合金粉末在内氧化过程中,未球磨粉末样品中ZnO呈针状和片状形成于表面且尺寸较大;粉末经机械球磨后氧化,ZnO则主要以针状形式存在于基体中,尺寸较小。生成ZnO产生的体积膨胀,在内氧化区形成压应力,导致银原子向粉末表面扩散形成银球。     

高能球磨制备纳米WC-Co复合粉末及其SPS烧结

本文采用高能球磨法制备纳米结构WC-Co粉末,并采用放电等离子体烧结方法(SPS)对该纳米粉末进行致密化。使用X射线衍射、SEM等手段分析了高能球磨对WC-Co复合粉末中WC晶粒尺寸和粒度的影响。发现经过90h左右的高能球磨,WC-Co的粉末粒度可以达到300nm左右,而WC的晶粒尺寸可以细化到8nm左右。经过SPS烧结后,合金中的WC相的晶粒尺寸可以保持在300nm左右,而Co多以fcc结构出现。     

Nb对Fe22Cr5Al3Mo合金显微组织和耐腐蚀性能的影响

采用静态高压釜腐蚀实验研究了添加不同含量的Nb (0.5%、1.0%、2.0%,质量分数)对Fe22Cr5Al3Mo合金在500℃、10.3 MPa过热蒸汽中耐腐蚀性能的影响;采用EBSD、TEM、EDS、SEM等手段研究了合金的显微组织及腐蚀不同时间后的氧化膜显微组织。结果表明,添加Nb的合金中析出了Nb(C, N)、Fe2(Nb, Mo)和Cr2(Nb, Mo)第二相,细化了合金晶粒;当Nb≥1.0%时,随着Nb含量的增加,合金的耐腐蚀性能得到进一步改善。合金氧化膜从外向内依次是Fe、Cr、Al的氧化物;含1.0%Nb的合金不同氧化物的界面比不含Nb合金的更清晰,由不同成分氧化物引起的分层现象更明显;含1.0%Nb合金的氧化膜厚度比不含Nb合金的更均匀;在金属和氧化膜界面处,不含Nb合金中的Al氧化膜呈不连续分布,在基体和Cr氧化层中都发现了Al氧化物颗粒,说明不含Nb合金发生了Al的内氧化现象;而1.0%Nb合金中的Al氧化膜呈连续均匀分布,说明添加Nb能够抑制Al的内氧化,促进均匀且致密的Al氧化膜的形成,从而降低合金的氧化速率。