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。     

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。     

铌硅化物基超高温合金与石墨坩埚氧化物涂层反应的热力学分析

利用热力学计算，分析了几种氧化物涂层Y2O3、ZrO2、Al2O3、MgO、CaO、Ce2O3和BeO等在高温下与新型铌硅化物基超高温合金中的几种主要元素Nb、Si、Ti和Hf之间反应的可能性，得到了这些反应的△G^-与温度T的关系图。通过比较这几种氧化物对合金熔体在高温下的化学稳定性，发现Y2O3和BeO对这些合金元素的化学稳定性较好，且Y2O3为熔炼铌硅化物基超高温合金用石墨坩埚的理想涂层材料。     

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”。     

稀土硅化物中间合金

本文介绍了使用碳热还原一步法生产的稀土硅化物中间合金的物理特性和应用特点。     

Nb-Ti-Al合金及其硅化物涂层的高温氧化行为

采用电子束和真空自耗电弧熔炼法制备Nb-40Ti-7Al(质量分数,%)合金,利用料浆熔烧法在合金表面制备Si-Cr-Ti涂层,研究在1 400℃下合金与涂层的氧化行为。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及电子探针微区分析(EPMA)研究基体与涂层氧化前后的组织形貌变化及成分分布。结果表明:Nb-40Ti-7Al合金在1 400℃氧化1～11 h后,氧化产物均主要为TiNb2O7、TiO2、Al2O3;氧化前,涂层主要由(Nb,Ti,Cr,Al)Si2主体层与(Ti,Nb,Al)5Si3过渡层组成,高温氧化后涂层表面形成含有Al2O3、TiO2的SiO2阻挡层;合金与涂层的氧化行为均遵循抛物线规律,合金在1 400℃氧化11 h的单位面积质量增量为161.98 mg/cm2,而涂覆涂层后单位面积质量增量降至9.56 mg/cm2,表明Si-Cr-Ti涂层具备良好的高温抗氧化性能。     

钼及其合金表面硅化物涂层的研究进展

钼及其合金因其具有优异的高温力学性能、高的导电导热系数和低的热膨胀系数而广泛应用于有色冶金、机械、国防和航空航天等领域。然而,由于钼及其合金高温易氧化而限制了其应用范围。MoSi_2因具有优异的高温抗氧化性能,被认为是最适合工程应用的高温涂层材料。本文介绍从MoSi_2的性能特点、制备工艺及MoSi_2涂层的研究进展三个方面综述了近年来国内外钼及其合金的硅化钼涂层防护技术,并对MoSi_2涂层的未来发展方向进行了展望。     

料浆法制备铌合金和钼合金高温抗氧化涂层

介绍了料浆法制备铌合金和钼合金高温抗氧化涂层的工艺过程，涂层试验方法、性能、结构及应用情况。     

料浆法制备Mo表面硅化物涂层的研究

采用料浆法制备MoSi2涂层,研究了料浆中Si与MoSi2粉末的配比、包渗时间、NaF含量对制备涂层的影响.结果表明:在Mo表面形成了两层硅化物层,其中外层是MoSi2,内层是硅化物Mo5Si3;Si主要参与在Mo的表面上硅化物层的形成,MoSi2也能少量参与形成涂层;NaF则起到Si的活化剂作用,没有NaF无法形成硅化物层,但其加入量增多对涂层的厚度影响并不大;随着包渗时间的延长,内外两层硅化物厚度都增加,但外层厚度增加较大.     

钛合金表面热喷涂NiCrAl涂层和热障涂层的氧化性能

采用超音速等离子喷涂技术在TC4和Ti40钛合金表面制备NiCrAl及NiCrAl+ZrO2热障涂层,测定TC4、TC4+NiCrAl、TC4+NiCrAl+ZrO2、Ti40、Ti40+NiCrAl、Ti40+NiCrAl+ZrO2在600℃下的氧化动力曲线。通过扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析研究钛合金、NiCrAl涂层和热障涂层组织形貌。结果表明:TC4在600℃的抗氧化性能优于Ti40;NiCrAl涂层与热障涂层能明显提高TC4和Ti40在600℃下的抗氧化性;600℃下氧化100h后,NiCrAl涂层、NiCrAl+ZrO2涂层与TC4界面处出现了扩散带和锯齿状的相,而与Ti40界面处只出现了扩散带,未发现锯齿状的相。     

Effect of Heat Treatment on Niobium Segregation of Laser-Cladded IN718 Alloy Coating

An IN718 alloy coating was prepared by high-power diode laser cladding. 980STA standard heat treatment and direct aging (DA) were employed to improve the properties of this coating. The niobium segregation in the as-deposited coating and the heat-treated coating had been investigated using a scanning electron microscope (SEM) equipped with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDAX). The results showed that 980STA standard heat treatment improved the microhardness of the coating significantly, and Laves concentration was reduced from 30.6 vol pct to about 11.4 vol pct after 980STA. The niobium concentration in Laves of the 980STA-treated coating was higher than that of DA-treated coating and as-deposited coating. Only a small portion of niobium in the coating was precipitated in the form of γ″ during the 980STA heat treatment. The rest of niobium was the alloying element for solid-solution strengthening and the constituent element of Laves. The niobium segregation facilitated the formation of Laves.     

NbC析出对超因瓦合金膨胀性能影响

研究了固溶温度对FeNi32.5Co4Mn0.2Nb0.1超因瓦合金Nbc析出及热膨胀系数的影响,在840,940,1040及1140℃对合金进行40 min的热处理并水淬,随后在300℃退火4 h.TEM观察到合金中存在微米级及纳米级NbC析出物,随着圊溶温度升高NbC含量减少,在1140℃固溶时合金中的NbC完全溶解.随固溶温度从840℃升至1040℃,合金的膨胀系数度减小,在合金经1140℃固溶处理后却显著增加.NbC的析出大幅度降低合金的膨胀系数;通过调整NbC含量,可获得低于0.1×10-6/℃膨胀系数.     

快速凝固Al-Fe-Ce合金显微组织及热稳定性的研究

采用单辊旋铸法制备Ａｌ－８Ｆｅ－４Ｃｅ（质量分数）合金薄带,利用透射电镜、能谱分析技术研究了该合金的急冷态和退火态组织,测定了合金在不同温度下退火后的显微硬度。急冷合金组织随冷速的不同而不同;３００℃退火态组织无明显变化;４００℃退火２ｈ后,晶界弥散相开始长大、聚集,但初生相变化甚微;４５０℃退火２ｈ后,初生相和晶间弥散相（分别为亚稳相Ａｌ６Ｆｅ和亚稳相Ａｌ２０Ｆｅ５Ｃｅ相）均进一步粗化。通过显微     

Fe—P非晶合金电沉积镀层的制备及其腐蚀性能

本文以电化学方法研制Fe—P非晶合金的电沉积镀层。研究了各种电沉积条件对合金中磷含量的影响。测定了非晶合金的腐蚀性和极化曲线。实验结果指出,在开始阶段合金是活化腐蚀,合金中的磷加快了腐蚀过程,最后磷在表面的富集,使合金进入钝化状态。 对非晶合金电沉积镀层的晶化温度和硬度进行了测定。     

Cu/Mo_5Si_(3p)复合材料的摩擦磨损性能研究

采用销—盘式摩擦磨损试验机研究了液相烧结制备Mo5Si3颗粒弥散强化铜合金在滑动干摩擦条件下的摩擦磨损行为。结果表明:Cu/Mo5Si3p复合材料具有优良的摩擦磨损性能。随着Mo5Si3含量的增加Cu/Mo5Si3p复合材料的硬度增加,摩擦系数和磨损失重量降低。Mo5Si3含量低时,Cu/Mo5Si3p复合材料的磨损机制为犁沟变形和粘着磨损为主,而Mo5Si3含量高时则为犁沟变形磨损为主。     

微波场中铌精矿碳热还原反应行为研究

目前铌资源的研究大多处于常规加热阶段,因为能耗高、冷中心等问题无法广泛推广。微波加热技术是一种新型加热技术,可以有效避免冷中心等问题。借助微波马弗炉将铌精矿碳热还原反应与微波加热相结合,探究还原温度、配碳比及保温时间对铌精矿金属化率的影响,以及金属颗粒的成长行为。研究结果表明,微波加热在碳热还原反应中优于常规加热,在微波加热下,还原温度为1100℃、保温30 min、配碳比为1时,金属化率达到94.84%;1000℃时NbC开始生成,1100℃时铌钛产物主要为(Ti,Nb)C,1300℃时,钛的产物主要以TiC形式存在。     

含铌低硅TRIP钢的拉伸行为研究

采用定量拉伸、彩色金相、SEM、TEM和XRD对含铌低硅TRIP钢拉伸过程中的相变和应变硬化行为进行了研究.结果表明:在单向拉伸过程中,残余奥氏体的稳步相变使得塑性增加.残余奥氏体的相变速率与真应变的关系可以用ln[(Vγ0-Vγ)/(Vγ0-Vγu)]=Ink-cε来表示,随应变的进行,c值减小,残余奥氏体的稳定性增...     

温度冲击对花岗岩动态拉伸力学性能的影响

在特定情况下,岩体工程中的岩石会经历温度快速变化（温度冲击）,因此研究温度冲击对岩石的影响对实际工程中岩体的稳定性分析有重要意义。通过将花岗岩试件加热至3种高温（200,400,600 ℃）,并采用3种方法冷却,研究了温度冲击对花岗岩物理性质的影响;使用分离式霍普金森压杆研究了温度冲击对花岗岩动态拉伸特性的影响,发现其动态拉伸强度随加热温度和冷却速率的增大而减小;使用高速摄影仪记录试件拉伸破坏时的裂纹形态,结合碎块形态,分析温度冲击对花岗岩的损伤程度,得出200 ℃加热条件下花岗岩不产生温度冲击,而在400 ℃和600 ℃加热条件下,花岗岩损伤程度随加热温度和冷却速率的增大而增大。     

Thermal Fatigue Behaviour of Co-Based Alloy Coating Obtained by Laser Surface Melt-Casting on High Temperature Alloy

Inthefieldofaviation,aswormgearvanesofanaircraftenginerevolveathighspeed,theyarebeatenbydustsandparticlesintheair.Afterservingforalimitedtime,theywouldgraduallyproducecorrosionpits,anditispossiblethatthesetinycorrosionpitsbecomecrackinitiation.Therefore,itisconsideredtocoatalayerofalloybylasermelt-castingonthedamagedplacesofvanes,inordertomakethepropertiesofthecastinglayerapproachorsurpassthoseofsubstrate,andgetthevanestoservenormally.Thuscostscanbereducedandapossiblecomprehensiveeconomicbenef…