铌基超高温合金熔体与陶瓷类坩埚的高温反应

分别在陶瓷类ZrO2、Y2O3、BN和Al2O3坩埚内于2053K（或2153K）保温30min（或10min）重熔铌基超高温合金（主要组分为Nb、Si、Ti、Hf等），以研究该合金的高温熔体与不同材料坩埚的反应情况。实验发现Y2O3、BN和Ai2O3坩埚对熔体都发生了不同程度的沾污反应；在ZrO2坩埚壁上出现了50～60μm厚且具有微小裂纹或熔蚀坑的反应层，其内含有HfO2和TiO2，但ZrO2坩埚对熔体内部基本没有污染。在石墨坩埚上进行制备YSZ涂层的实验发现，ZrO2同石墨基体发生反应生成了ZrC0因此，据有关实验结果，可以先在石墨坩埚基体上用CVD法制备一层SiC内层，再在SiC内层上用浸涂法制备ZrO2涂层，以用于铌基超高温合金熔炼。     

铌合金表面硅化物涂层热震行为研究

为提高铌合金高温抗氧化性能, 采用复合包渗法在Nb521合金表面制备了以MoSi2为主体的硅化物涂层, 对涂层进行了室温～1650 ℃热震试验, 利用XRD, SEM, EDS以及EPMA等检测手段对热震前后涂层组织结构变化进行了分析, 观察了裂纹扩展过程.结果表明: 涂层室温～1650 ℃有效抗热震次数可达600次; 热震过程中, 元素扩散导致涂层组织结构发生明显改变; Nb5Si3低硅化物层的产生对裂纹扩展有重要影响.     

铌合金及其抗氧化涂层研究进展

铌合金因其高熔点、低密度、高强度、加工性能好等诸多优良特性,被广泛应用于航空、航天、核工业等领域,国内外针对不同的应用场景已经研发出几十种不同的铌合金。但铌合金在高温下极易氧化使得其使用受到限制,研究者通过在铌合金表面制备不同的抗氧化涂层显著提高了其高温抗氧化性。本文对铌合金及其抗氧化涂层的研究进展进行了综述,重点介绍了目前应用广泛的几种铌合金和抗氧化涂层,并讨论了存在的问题,最后对铌合金及其抗氧化涂层的研究方向进行了展望。     

铌合金抗高温氧化涂层研究现状及发展趋势

铌合金表面抗高温氧化防护涂层分为耐热合金涂层、贵金属涂层、铝化物涂层以及硅化物涂层等几类。本文综述了各类涂层材料的特点、应用、研发现状以及硅化物涂层的制备技术,对硅化物涂层研究中存在的问题及今后的发展方向进行了分析和探讨。     

硅化物涂层对Nb?Ti?Al合金力学性能的影响

采用真空电弧炉熔炼法制备低密度Nb?Ti?Al合金铸锭,利用料浆烧结法在铸锭表面涂覆Si?Cr?Ti复合硅化物涂层,使用万能电子拉伸试验机对合金试样和涂层试样进行力学性能测试,研究硅化物涂层对试样力学性能的影响。结果表明,与合金试样相比,涂覆涂层后的低密度铌合金室温力学性能（抗拉强度、屈服强度及延伸率）显著下降。为进一步研究涂覆涂层合金力学性能下降的原因,采用扫描电子显微镜和能谱仪对合金试样和涂层试样进行显微组织观察、涂层/基体界面成分分析及C含量（质量分数）测定。结果表明,涂层试样力学性能下降的主要原因包括涂覆涂层后合金晶粒显著长大,合金中强化元素Al的向外扩散,脆性相Nb₃Al的形成以及Si?Cr?Ti涂层对合金产生的“渗沉效应”。     

航天发动机用铌钨合金复合硅化物涂层制备及性能研究

采用叠层料浆熔烧法在铌钨合金上制备复合硅化物涂层,旨在综合提升铌钨合金的静载长程抗氧化能力和抗热震能力。实验结果显示,涂层具有良好的耐高温、抗氧化性能,在1 800℃下的静态抗氧化寿命达到了640 min以上,1 700℃下抗热震性能达680次以上,经1 500℃氧乙炔火焰冲刷3 600 s后仍完好无损。经长时间氧化测试后,涂层开始贫Si化,同时Nb含量因扩散作用而显著增加;当表层开始出现富Nb氧化物时,涂层失效。此外,涂层与铌钨合金仍然存在热膨胀系数失配的问题,导致1 700℃热震测试达680次以上时,涂层开始出现宏观裂纹,进而引起涂层失效。     

铌硅化物基超高温合金Si-Y_2O_3共渗涂层的组织及裂纹形成

采用分别于1 050、1 150、1 250 ℃保温10 h的Si-Y_2O_3包埋共渗工艺,在铌硅化物基超高温合金表面制备了Y改性的硅化物涂层.利用SEM、EDS和XRD等方法分析了Y对涂层形貌及裂纹形成的影响,并与相同温度和时间下单独渗Si涂层的组织进行了对比.结果表明,涂层外层上部为分布均匀致密的(Nb,M)Si_2柱状晶,外层下部为疏松的(Nb,M)Si_2等轴晶;渗剂中添加质量分数为0.75%的Y_2O_3可以细化涂层组织,且当渗剂中的w(Y_2O_3)为0.50%～0.75%时,所制备涂层的纵向裂纹和横向裂纹的总长度均较小.     

镍基高温合金用新型铌合金的制备工艺

本文通过分析配铝系数、发热剂、石灰、萤石、冷却时间对铌合金的影响,提出了铝热还原法制备新型铌合金的新工艺。试验表明:配铝系数控制在1.03%¹.05%,单位反应热控制到32001.05%,单位反应热控制到3200³400 kJ/kg,CaO的用量为铝用量的4%3400 kJ/kg,CaO的用量为铝用量的4%⁶%,CaF2的用量为总用铝量的1%6%,CaF2的用量为总用铝量的1%²%,自然冷却时间182%,自然冷却时间18²4 h,就可制备出高纯合金化均匀的铌合金。     

稀土氧化物与二氧化硫反应的热力学研究

本文对稀土氧化物与ＳＯ２的气固相反应进行了系统的热力学计算研究，得到了系统化的含硫气体平衡分压曲线；研究表明，从热力学上讲，当温度低于２３７℃时，所有稀土氧化物都可作为烟道气干法脱硫的吸收剂；可以使用ＣｅＯ２通过干吸收生成Ｃｅ（ＳＯ４）２和热再生循环过程实现固体再生干法脱除烟气中的ＳＯ２，其吸收ＳＯ２和再生ＣｅＯ２的温度范围分别为１００～４４０℃和７１５～８６５℃。     

AOD炉中氧化钼直接合金化冶炼不锈钢的热力学分析

 研究了钼元素的氧化反应以及三氧化钼的还原反应,并分析了氧化钼的加入对AOD冶炼不锈钢过程以及不锈钢液成分的影响;在此基础之上,研究了严重影响钼收得率的氧化钼挥发问题,最后分别探讨了去碳保钼以及去碳保铬的热力学条件。通过上述的计算和分析,认为氧化钼接入AOD炉中直接还原冶炼不锈钢是可行的,但在加入时,需配入一定量的还原剂和固定剂,这样才能降低氧化钼的加入对钢液质量以及钢液温度的影响,同时提高钼元素的利用率并冶炼出优质不锈钢种。     

几种典型镍基单晶高温合金成分设计的热力学分析

利用热力学计算软件JMatPro和相应的镍基高温合金数据库,研究了几种典型镍基单晶高温合金和GE公司的低Re成分单晶高温合金专利,分析了合金成分设计中与单晶叶片设计、微观组织稳定性以及加工工艺性能密切相关的一系列参数,包括合金的初熔温度、密度、γ'相体积分数、γ/γ'相错配度、TCP相含量、热加工窗口以及糊状区区间等,...     

高炉内氯元素反应行为的热力学分析

利用热力学软件(HSC Chemistry 6.0)研究氯元素在高炉内可能存在的化学反应,分析氯元素在高炉内不同温度区间发生的主要化学反应,得到无碱金属、少量碱金属和大量碱金属存在三种冶炼条件下高炉内氯元素的反应行为。结果表明,在无碱金属存在时,由原燃料带入高炉内的氯多生成HCl气体;在含少量碱金属时,氯以HCl气体和碱金属氯化物的形式存在;在高炉内碱金属含量较高时,氯主要以碱金属氯化物形式存在。上述含氯产物随高炉煤气上升,部分吸附在含铁炉料和焦炭上并随之下降,部分随高炉煤气排出,少量氯元素被炉渣吸收,从而影响高炉冶炼过程。。     

Ni-Co-Cr基合金中预测δ相的计算法

选择幂级数模型描述了过剩自由能项,并从二、三元实测相图上用数据优化程序获得了所需热力学参数和交互作用系数,进而用多元相平衡计算法成功地预测了镍、钴,铬基合金中σ相的析出。     

钼与石墨扩散焊接的界面反应分析

以厚度≤1 mm的Cr,Ni混合粉做中间层,在焊接温度为1650℃,真空度(3.0～4.0)×10-2 Pa,保温时间1～2 h,加压0.1 MPa条件下对钼和石墨进行扩散焊接。通过扫描电子显微镜观察焊接试样接口组织形貌,用其附带的能谱仪进行化学成分分析,用X射线衍射仪进行物相分析。并分析焊接过程中的界面反应,认为实验条件下的焊接过程与瞬间液相扩散焊(TLP)焊接机制相一致,包括中间层的熔化(或溶解)、母材溶解和迁移、等温凝固、固相成分均匀化4种相变过程,靠近母材部分界面反应遵循快速通道扩散机制,整个焊接层组元浓度梯度与薄膜源扩散模型相一致。中间层与母材元素反应形成的最终产物包括Cr3C2,Cr7C3及Mo2C等Ni以单质形式弥散其中,最终形成不同成分粒状组织,一定程度上阻止了脆性相中的裂纹扩展。石墨基体中也明显有含合金元素的新相生成,有利于实现基体与中间层的连接。     

Inconel 718高温合金电渣重熔热力学分析

基于离子-分子共存理论建立了计算电渣重熔Inconel 718高温合金过程中平衡Al和Ti含量的热力学模型.并讨论了Ca O-Si O₂-MgO-Fe O-Al₂O₃-Ti O₂-Ca F₂电渣重熔渣系成分变化时, 渣中各组元的活度、活度比值与炉渣成分的关系.与此同时, 研究了不同温度条件下, 镍基合金中平衡的Al和Ti含量与炉渣成分之间的关系.结果表明:冶炼温度升高时, 合金中平衡的Al含量随之升高, 而平衡Ti含量降低;渣中MgO和Ca F₂只起到调整炉渣物理化学性质的作用, 对控制镍基合金中Al和Ti元素烧损作用不大.     

Thermodynamic Calculation and MnS Solubility of Mn-Ti Oxide Formation in Si-Mn-Ti Deoxidized Steel

Mn-Ti oxides in Si-Mn-Ti deoxidized steels after cooling in the furnace were investigated. The composition and morphology of inclusions were analyzed by using FE-SEM with EDS. Mn-Ti oxides were found to be effective sites to induce intragranular ferrite formation. The thermodynamic calculation was employed to interpret the critical condition for Mn-Ti oxide formation. Mn-Ti oxide formation was controlled not only by Mn and Ti content, but also by total oxygen content in steel. When the Mn and Ti contents were around 1.5% and 0. 005%-0. 01%, respec-tively, Mn-Ti oxide could form as the total oxygen content was 0. 001%-0. 002%. The experimental results were in good agreement with thermodynamic calculation results. Also, MnS solubility was examined in Mn-Ti oxide inclu-sion system. With an increase of MnO content in Mn-Ti oxide, MnS solubility in the oxides increased. MnS precipi-tation benefited from high MnO content in Mn-Ti oxide.     

烧结-冷却-余热回收系统热力学分析

采用热力学分析法剖析了烧结余热产生、转换与利用过程,绘制了烧结-冷却-余热回收系统的物流图和流图,建立了有关能量输出、转换与利用的评价指标,借此研究了国内某360m2烧结机的余热利用状况。结果表明:输出效率、转换效率、利用效率等指标可用来评价烧结余热回收等能量利用状况;烧结机、冷却机、余热锅炉、汽轮机发电4个环节的利用效率分别为0.30、0.52、0.71、0.39;目前烧结余热回收存在的主要问题是烧结烟气和冷却三段冷却废气所携带的显热尚未被利用;将烧结烟气和冷却三段废气余热用于点火煤气预热或锅炉给水预热,可使得烧结机和环冷机利用效率分别提高0.19和0.18。     

镧热还原氧化钐过程冶金动力学分析

讨论了镧热还原氧化钐过程的动力学环节,分析了还原过程镧—钐合金存在的可能性,采用反证法确定了制备金属钐温度下的动力学控速环节。依据确定的控速环节,很好地解释了相关文献工艺条件实验的结果。