镍基单晶高温合金中γ/γ′元素分配行为的研究进展

本文总结了镍基单晶高温合金中γ/γ′元素的分配行为,单晶高温合金中Re、Cr、Co、Mo、Ru和W元素主要分布于γ相中,Al、Ta和Ti元素主要分布于γ′相中。同时,单晶高温合金中γ/γ′元素分配行为受到合金元素交互作用的影响,如Re、Cr和Mo元素的分配比随单晶高温合金中Re+Cr+Mo含量以及Ta+Ti含量的提高而增大,W元素的分配比随着单晶高温合金中Ta+Ti含量的提高而增大;Ru的添加使部分合金中出现了元素“逆分配”的现象,但Ru元素产生“逆分配”作用并非普遍现象;Ta元素的分配比随单晶高温合金中Ta-Al质量比的提高而显著降低。     

基于DSl8820的温度控制系统设计

该温度控制系统以STC89C52单片机为核心,采用DSl8820数字温度传感器采集温度。并以PWM形式输出,确保温度输出的稳定,再结合PID闭环控制,使系统能够更稳定地运行。先利用Proteus软件结合Keil软件仿真,再用STC89C52单片机进行实测,从而进一步验证了设计的可靠性和准确性,所控制温度的精度能达到±1℃范围之内。该系统具有灵活性强、电路简单、可靠性高、易于操作等优点,能够实现对温度的稳定控制。     

镍基单晶高温合金固溶处理制度的研究进展

单晶涡轮叶片是航空发动机的关键热端部件,需要在高温和高腐蚀的环境下长时服役,这就需要单晶涡轮叶片具有优异的高温力学性能、较高的抗氧化和抗腐蚀性能,而镍基单晶高温合金作为航空发动机涡轮叶片的首选材料,近几十年来一直受到研究者的关注。为进一步提高先进镍基高温合金的承温能力,需不断提高先进镍基单晶高温合金中难熔元素(例如Re和W)的含量。同时,铸态镍基单晶高温合金中存在成分不均匀(严重的显微偏析)和组织不均匀(大量的枝晶间析出物)的缺陷,这种成分和组织的不均匀性如果不能被高温固溶处理消除,则将显著恶化单晶高温合金的力学性能与长时服役性能。因此,有必要探索适用于先进镍基单晶高温合金的固溶处理工艺。固溶处理工艺的发展可以分为两个阶段。第一阶段:第一代单晶高温合金,由于合金中不含Re元素,合金只需要在γ'回溶温度和初熔温度之间保温较短的时间即可实现合金组织和成分的均匀化。第二阶段:从第二代单晶高温合金开始,合金中难熔元素(尤其是Re元素)的含量不断增加,合金的成分均匀化难度显著增大,即固溶温度显著升高、固溶时间显著延长。因此,先进镍基单晶高温合金固溶处理工艺的研究重点从关注合金中各相的溶解温度和合金的初熔温度转变为合金中各元素的均匀化程度。大量的研究结果表明,低温段固溶的目的是通过固态相变的方式消除枝晶间析出物,而高温段固溶的目的是通过固相扩散的方式消除或降低合金元素的显微偏析。随着单晶高温合金的发展,先进单晶高温合金中难熔元素(例如Re和W)的含量显著提高,一方面,难熔合金元素在Ni中具有较低的互扩散系数;另一方面,难熔元素在铸态单晶高温合金中的显微偏析程度较高。因此对于先进镍基单晶高温合金,实现元素均匀化和制定合理的固溶处理工艺的难度显著提高。同时,单晶高温合金的相变温度也受到固溶处理工艺的影响。本文归纳总结了单晶高温合金固溶处理制度的研究进展,详细介绍了第二代和第三代镍基单晶高温合金的固溶处理制度,阐述了固溶处理对显微组织和成分分布的影响规律,对比了单晶高温合金传统的台阶式升温固溶处理工艺和新型的连续升温固溶处理工艺,并对重熔固溶处理工艺进行了介绍。     

一种高Mo强化Ni3Al基单晶高温合金凝固行为的研究进展

与传统Ni基单晶高温合金相比,高Mo强化Ni3Al基单晶高温合金具有富Al和富Mo的成分特征,即该合金具有低密度的优势。本文总结了该合金的凝固特性,并发现高Al的成分特征显著提高了平均液相扩散系数,即Ni3Al基单晶高温合金的平均液相扩散系数为10-8 m2/s数量级,比Ni基单晶高温合金高1-2个数量级。同时,高Al和高Mo的成分特征决定了合金具有枝晶间初生γ''相和富Mo相的末期凝固行为,这与Ni基单晶高温合金的枝晶间析出物（γ/γ''共晶和γ''相）明显不同,但高Al和高Mo的成分特征对凝固特征温度的影响较小。Mo在凝固时显著偏析于未凝固的液相,该偏析行为将降低高Mo强化单晶高温合金的雀斑形成倾向。合金凝固特性的研究将为单晶制备工艺与工程应用奠定基础。     

Effects of Re and Ru Additions on Solidification Partition Coefficients and Solidification Characteristic Temperatures of Nickel Base Single Crystal Superalloys

采用双区加热和液态金属冷却相结合的定向凝固方法,制备出4种Re和Ru含量不同的平界面态镍基单晶高温合金,精确测定了近平衡凝固时合金中各元素的平衡分配系数和合金的凝固特征温度。结果表明:Re的添加将显著降低重偏析元素Re、W和Ta的偏析程度,使液相线温度先降低后升高,而固相线温度始终降低;Ru的添加对偏析的影响较小,并略微降低合金的液相线和固相线温度。同时,根据平衡分配系数和凝固特征温度可预测非平衡凝固态单晶合金的元素偏析和凝固缺陷形成倾向。     

抽拉速率对Co-Al-W基单晶高温合金凝固行为的影响EI北大核心CSCD

系统地研究抽拉速率(50~300μm/s)对Co-7Al-8W-1Ta-4Ti单晶高温合金枝晶间距、显微组织、显微偏析行为与凝固特征温度等凝固行为的影响规律;同时,基于Kurz-Fisher方程计算了单晶高温合金的平均液相扩散系数。结果表明,随着抽拉速率的提高,合金的一次和二次枝晶间距均显著细化。Co-7Al-8W-1Ta-4Ti合金的平均液相扩散系数与一代镍基单晶高温合金接近,低于高x(Al)/x(W)的CoNi基单晶高温合金,但高于含Re的二代镍基单晶高温合金。合金中Al、W、Ta和Ti元素的显微偏析倾向以及枝晶间析出相的面积分数均随着抽拉速率的提高总体呈现先增大(50~200μm/s)后降低(200~300μm/s)的趋势。随着抽拉速率的提高,合金的液相线温度基本不变,但固相线温度呈现先降低(50~100μm/s)后保持不变(100~300μm/s)的趋势。此外,抽拉速率未改变实验合金的凝固路径。     

Ni添加量对Co-Al-W基单晶高温合金凝固特性的影响

基于实验研究、热力学计算与动力学分析,研究了Ni含量对Co-Al-W基单晶高温合金凝固特性的影响。结果表明：无Ni和添加Ni的Co基单晶高温合金均具有典型的枝晶组织,但Ni的添加增大了合金的一次枝晶间距。同时,Ni的添加增大了Al和W元素的显微偏析倾向,降低了Ta元素的显微偏析倾向,但对Ti元素的显微偏析倾向的影响较小。无Ni合金的枝晶间析出相为初生γ′相和(β+γ′)共晶相,而含Ni合金的枝晶间析出相为初生γ′相,即Ni的添加改变了合金的凝固路径与铸态组织。同时,Ni的添加对Co-Al-W基单晶高温合金凝固特征温度的影响不明显。     

镍基单晶高温合金涡轮叶片薄壁效应研究进展

镍基单晶高温合金具有优异的高温综合性能,是航空发动机涡轮叶片和导向叶片等部件的首选材料,承受高温度和高应力的严苛服役环境。目前,高冷效叶片的结构设计中采用多种复杂冷却结构以提高其承温能力,其中以层板冷却和双层壁冷却为代表的微型冷却结构是其主流发展方向。但由于这类复杂涡轮叶片中存在超薄壁结构,已成为叶片制造的关键点和难点。本文综述了镍基单晶高温合金薄壁结构的发展趋势,分析了薄壁受限空间的缺陷产生及枝晶生长规律,阐述了薄壁结构对力学性能的影响,展望了先进涡轮叶片的制备及其组织控制的发展趋势。     

光伏组件背板用高反射率PET薄膜性能

通过双向拉伸制孔技术制备高反射率聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜,采用高压加速湿热老化(PCT)试验评价老化性能,使用紫外/可见光/近红外分光光度计、扫描电子显微镜(SEM)、拉力试验机、差示扫描量热仪分别表征了PET薄膜PCT 48 h前后的反射率、断面形貌、拉伸强度和断裂伸长率、结晶度。使用击穿电压测试仪测试了PCT 48 h前PET薄膜的击穿电压(油)。结果表明,相比于半透型PET薄膜,由于微米级孔的产生使得高反射率PET薄膜的反射率(420～1-200 nm)从34.8%提高到95.9%,密度从1.4 g/cm³降到1.2 g/cm³,微米级孔的直径为3～8 μm,高度为0.2～0.8 μm,击穿电压(油)从16.0 kV提高到26.0 kV。经过PCT 48 h处理后,高反射率PET薄膜的微米级孔结构和反射率没有明显变化,拉伸强度和断裂伸长率保持率在50%以上,结晶度从27.8%提高到30.5%。     

以Mo代W对单晶高温合金组织、凝固特性与错配度影响的热力学研究

基于d电子原理,设计了高W强化Ni基单晶高温合金Alloy W和高Alloy Mo强化Ni基单晶高温合金Mo。热力学计算的结果表明,以Mo代W降低了γ'相的高温组织稳定性、液相线温度和固相线温度,但对结晶温度区间的影响较小。在单晶高温合金凝固过程中,以Mo代W降低了Al元素的显微偏析倾向,但对Re和Ta元素显微偏析行为的影响较小。同时,W和Mo在凝固时分别显著偏析于已凝固的固相和未凝固的液相。此外,以Mo代W增大了γ相和γ'相的晶格常数,并降低了γ/γ'错配度。