MoSi2的强韧化及氧化烧蚀性能研究
铌合金MoSi2抗氧化涂层制备及组织性能分析
H am n eK i i
J hnh a i Z ogu a
Li o gu t n jn H
C e ay n h nD o o g
H ul u G oi n
( eop c eerhIstt o ae a A rsaeR sa ntue f tr l Poes g eh o g , e i 10 7 ) c i M i s& r si s c nl y B in c n T o j g 0 0 6
维普资讯
铌 合 金 Moi抗 氧 化 涂 层 制 备 及 组 织 性 能 分 析 S 2
何开 民
文 摘
贾中华
吕宏 军
陈道 勇
10 7 ) 00 6
胡 国林
( 航天材料及工 艺研究所 , 北京
在铌合金棒试样上喷涂 M 粉 高温烧结制得 M 层 , o o 然后在添加 活化剂的 S 粉 中扩散渗制得 M . i o
在铌合金上制备的 M S 涂层 , oi : 高温下形成氧化 钼是挥 发性 氧化 物 , 形 成 比较 纯 的玻 璃 质 SO 层 , 可 i 因而具有良好 的抗氧化性能 ; oi M S 与铌合金有相近
P e a a i n a d S r cu e P o e t a y i fOx d t n r p r t n tu t r r p r An l ss o i a i — o y o Re it n o i ssa tM S 2 Co t g o l mb u Al y a i s f r Cou i m l s n o
貌、 结构及组成进行了微观分析研究 , 抗氧化和抗热 震性能试验验证 了涂层具有 的综合性能。
2 实验
陷的情况下, 造成裂纹底部铌合金的快速氧化。采用 加入其 他元 素 的方 法 使硅 化 铌 改 性 可 达 到 减 少 穿 透
MoSi2的强韧化及氧化烧蚀性能研究
工学硕士学位论文MoSi2的强韧化及氧化烧蚀性能研究THE RESEARCH OF STRENGTHENING, TOUGHENING, ABLATION AND OXIDATION OF MOLYBDENUM DISILICIDE BASED COMPOSITE徐东明哈尔滨工业大学2007年7月国内图书分类号:TB332国际图书分类号:620工学硕士学位论文MoSi2的强韧化及氧化烧蚀性能研究硕 士 研究生:徐东明导 师:张幸红教授申 请 学 位:工学硕士学 科、专 业:材料学所 在 单 位:复合材料与结构研究所答 辩 日 期:2007年7月授予学位单位:哈尔滨工业大学Classified Index: TB332U.D.C: 620Dissertation for the Master Degree in EngineeringTHE RESEARCH OF STRENGTHENING, TOUGHENING, ABLATION ANDOXIDATION OF MOLYBDENUMDISILICIDE BASED COMPOSITECandidate:Supervisor:Academic Degree Applied for: Speciality:Affiliation:Date of Defence:Degree-Conferring-Institution:Xu DongmingProf. Zhang Xinghong Master of Engineering Materials ScienceSchool of Astronautics July, 2007Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要金属间化合物MoSi2由于具有优异的高温抗氧化能力,而成为新一代航空发动机热端部件的热门候选材料。
但MoSi2的室温断裂韧性低,高温强度不足使其还不能立即应用于该领域。
MoSi2
Vo i c mp c en o c e p c i ey b i e d p r il .I i t d o tt a i d n u h ea i n lS2 o a tr i f r e r e t l y wh s ra a t e d s v k n cs ti p n e u h t n ig o tt e r lt 一 So f o
用 。文 章 最 后 指 出 , 建立 相成 分与 性 能 的对 应 关 系有 助 于 工 艺 优 化 及 其 系 统 性 研 究 。 关键词 金 属 间化 合 物 强 韧 化 裂 纹 反 射 晶界 钉 扎 复 合 材 料
中图分类 号: 1 64 2 TG 4 . 1
文献标识码 : A
; a e . I s p i td o t t a o o i y t e i i e fc ie wa o i r v h lv t d t mp r t r p p r t wa o n e u h t c mp st s n h ss s f t y t mp o e t e ee a e e e a u e e e v
1 1
,
同制 备技 术及 特点 。
表 1 几种高 温材料的性能
新 型 C/ C复 合 材 料 具 有 优 良 的高 温 强 度 , 但
抗 氧化 【 ; 然金属 铝化 物 ( 2虽 N卜 A , —A ,e lTi lF
等系 ) 有 良好 的抗 氧 化 性 和 低 的 密 度 优 势 , 具 生TiA 及其 复合 材料 已可 以代替 Ni 超合 金 , 3I 基 使 用 温度并 无 明显提 高 。 K. u dc a B n sh h等对 高 于 15 0℃氧 化 气 氛下 具 0 蓝 潜力 的材 料进行 了遴选 , 果见 表 13: 用 结 1 】 可 以 看 出 SC 和 Mo i i S2是 最 佳 备 选 材 料 。
MoSi2及MoSi2基材料的强韧化
MoSi2及MoSi2基材料的强韧化
来忠红;朱景川;王丽艳;李明伟;李国伟;尹钟大
【期刊名称】《材料科学与工艺》
【年(卷),期】2000(008)002
【摘要】MoSi2以其较高的熔点、适中的密度和优异的高温抗氧化性能而成为近年来倍受关注的金属间化合物,但其室温脆性和低的高温强度是限制其应用的主要原因. 从合金化和复合化等方面对MoSi2及MoSi2基高温结构材料的强韧化作了概述.
【总页数】5页(P108-112)
【作者】来忠红;朱景川;王丽艳;李明伟;李国伟;尹钟大
【作者单位】哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.4+12
【相关文献】
1.Si3N4颗粒和纳米SiC晶须强韧化MoSi2基复合材料 [J], 柳公器;周宏明;肖来荣;易丹青;张路怀
2.MoSi2及MoSi2基复合材料制备技术的新进展 [J], 彭可;易茂中;冉丽萍
3.MoSi2基复合材料的制备及其强韧化机理 [J], 文小浩;游航;韩小云;丁小芹;张学彬;徐金富
4.多相强韧化MoSi2基复合材料的制备及性能 [J], 徐金富;陈胜;吴海飞;文小浩
5.MoSi2材料的强韧化研究进展 [J], 徐兵;王德志;吴壮志
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
渗镀二硅化钼耐蚀
渗镀二硅化钼耐蚀、耐热材料产品Molybdenum Disilicide Grads Material Product.(简称MDGM)二硅化钼(以下简称 MoSi2)属金属间化合物,它的性能介于陶瓷和金属之间,原子结合方式是共价键与金属键混合。
具有陶瓷和金属的综合性能。
MoSi2熔点高(2030℃),它具有优异的抗高温氧化能力,具有在多数酸、碱、盐等介质条件下耐腐蚀的功能(氧化性酸和盐除外),具有良好的导电性,高的热稳定性,还具有抵抗钠、锡、铅、锂、铋等熔融金属液浸蚀的本领。
过去许多科技工作者利用MoSi2上述特性,制造 MoSi2高温发热元件,高温热电偶保护套管;制造熔炼钠、锡、铅、锂、铋等金属的坩埚和原子反应堆装置的热交换器;还制造飞机、火箭、导弹的某些零部件。
过去 MoSi2零部件生产均采用先制造 MoSi2粉末,再用冷压烧结或热压法生产制成。
此工艺使 MoSi2制品尺寸和形状受到很大的限制。
采用此工艺生产出的MoSi2制品还存在两个致命的缺点,即室温下具有陶瓷的脆性,高温下具有金属的塑性,热强性很低。
化工、石油、冶金、建材行业很赏识 MoSi2的优良抗高温氧化和耐腐蚀性能。
但由于受制造技术限制,许多零部件无法加工成型,加之 MoSi2室温脆、高温强度低等因素的制约,使 MoSi2一直无法在耐热及耐蚀工程中大范围推广使用。
而渗镀二硅化钼梯度材料产品(以下简称 MDGM )的研制成功,使推广应用 MoSi2的三大制约因素均迎刃而解。
MDGM 是传统 MoSi2产品脱胎换骨后的新产品,该产品是在钢或高温合金基体表层,通过高能离子渗镀MoSi2,进行基体材料的表面改性,形成具有两种材料综合性能的新型材料。
在室温下,基体材料的韧性使 MDGM 不脆了,耐蚀功能则由渗镀在表层的 MoSi2承担;在高温时,高温强度则由所选高温合金的基体材料决定,表层抗高温氧化的职责由 MoSi2负责。
因此, MDGM 一上市就受到了化工、石化、冶金、建材和机械等行业的青睐。
不同致密度的MoSi2材料在1200℃的循环氧化特性
的箱式炉中进行 , 每隔一定的时间取出样品 , 自然冷却
后采用分析天平 ( 感应量 1 g 称其质量 , 0 ) 样品氧化
的累计时间为40h 8 。利用 D A vne 8一 dac 型全 自动 X 2 2 氧 化层 表面 物相分 析 .
射线衍射仪分析表面的相组成 , 采用带能谱 的 K K YY
护膜 , 阻止了氧化 的进一步发生 。氧化层 相组成 由表至里按 照 S 2 oS - M S 逐渐演化 。 i 一M i- oi O ,* : -
关键 词 : o i; M S 致密度 ; 高温氧化 ; Ps n ” “ et g 现象 i 中图分类号 : G 4 . T 16 4 文献标识 码 : A 文章编号 : 2 3— 0 9 2 0 ) 6— 0 1— 3 0 5 6 9 ( 06 0 0 8 0
tefs s g 0—1h n escn a e( 4 0h e r byl er ie c uew t df rn x a o a . h r ae( itt )adt eo ds g 1— 8 )n al o e n a n t sc r i iee t i t nrt h t y i k i h od i e
协同复合材料的强韧化及机理研究
万方数据
稀有金属材料与工程
第38卷
低能解理面发生一些变化,同时削弱了晶界,致使沿 晶断裂分量有所增加。从图3b、3c和3d可看出,添
加强化相的复合材料的断口宏观上表面不平,微观上
1实验
采用燃烧合成法制备纯度为99.9%的MoSi2原料 粉末,其平均粒度为2.5 lam;伊Si3N4的纯度为99.9%, 粒度小于l lam:口.SiC晶须的纯度为98%,直径小于 0.5 LLm,长径比大于10,采用盐酸和氢氟酸酸洗、超 声波分散后,烘干待用。三者按一定的体积含量进行 配料,与若干WC球装入尼龙罐并加入适量的无水乙 醇,加盖密封后放在滚筒式球磨机上混合48 h,随后 干燥过筛并倒入石墨模具,在30 MPa压力下,加热 到1700℃热压30 min制成西52 mm×6 mm的坯材, 其组成分别为MoSi2、MoSi2—20%Si3N4(p)、 MoSi2—20%SIC(。)、MoSi2-20%Si3N4(p)-20%SIC(。)。
色的区域的Si02,其中M05Si3和Si02是由MoSi2和 02在热压条件下的高温反应所致(式(2))。Si02在XRD 分析中未能被检测出来可能是由于样品中Si02的量 较少缘故。
MoSi2基复合材料组织性能的研究进展
键。目前已经有很多方法可改善其韧性并提高它们的强度。其 中, 将各种强化相 引入 金属硅化物基体 中 , 制备金属硅化 物基 复 合材料是最有希望 的强 韧化 方法 , 已成 为研究 工作 的重 点。在 众多的金属硅化物中, 适合作复合材料基体的有 Moi Ts i S 、i 。 。 S、 N 5i和 v S 等。其中尤以 Mo i的综合性能最佳 , Mo i bS 。 3i Sz 对 S 基复合材料的研究最多 , 这种 复合材 料具 有很 大的潜力 发 因为 展成为 10 ̄10℃温度范围内应用的结构材料。 20 60 金属硅化物基复合材料 (MC 是 以金 属硅化 物为基 体 。 S ) 以
Ab t a t sr c
Th i y tms eman s se ,mir sr cu ea d p o ete ,itra ep o lm ,o iain b h vo n p l eo tu t r n r p ris n efc rb e xd t e a i r da p i o a —
Mo i,c mp sts S2 o o i ,mirsr eu ea d p o e t s e c o tu t r n rp ri e
O 前言
许多过渡金属硅化 物和难熔 金属 硅化 物具有 熔点 高、 性 弹
wl e 提出 了将 Moi l S 。作为结构材料使 用的建议。他 注意 到 M S 卓越的抗氧化性能 , oi 。 并且测定 了它的某些高温力学性能, 如强度、 蝙变抗力和热冲击性能等等。他还对 MoiAl 3 S — z 复 z 0 合材料作 了一 些开 创 性 的研究 工 作 。发现 Moi的 低温 脆性 S 。
不同致密度MoSi_2材料在700_1200_的氧化行为
不同致密度M oSi2材料在700~1200℃的氧化行为颜建辉1,2,张厚安13,李益民2(1.湖南科技大学机电工程学院,湖南湘潭411201;2.中南大学粉末冶金国家重点实验室,湖南长沙410083)摘要:利用热重分析法,SE M和X射线技术研究了不同致密度的M oS i2材料在700~1200℃的循环氧化行为。
研究结果表明:氧化480h后,不同致密度的M oS i2材料均未发生“粉化”现象,致密度和“粉化”现象无本质关系。
低致密度(85.0%)M oS i2材料氧化动力学在初始和后续阶段基本上都呈直线形,而高致密度的材料氧化动力学遵守抛物线规律。
致密度为85.0%的M oS i2材料在700~1200℃之间氧化时,氧化温度越高,材料氧化增重逐渐减少;而致密度为90.2%和94.8%的M oS i2材料在700~1000℃之间,随温度升高,材料增重越多,而在1200℃氧化时,增重最小。
关键词:M oS i2;致密度;氧化行为中图分类号:TG146.4 文献标识码:A 文章编号:0258-7076(2007)01-0018-04 M oSi2作为最有前途之一的高温结构材料,其抗氧化性能的研究具有重要意义。
1955年Fitzer[1]首次发现M oSi2的“粉化”转变,即M oSi2在400~600℃氧化时会由块状变为粉末,引起材料灾难性的毁坏,其原因归于氧化形成的M oO3的挥发性使SiO2保护膜不连续和松散。
Meschter[2]则认为在500℃氧化速率比低于或高于此温度时要快得多,且主要线性地依赖于时间,“粉化”现象并不是M oSi2的本质特征,坯块中的孔隙和裂纹可能导致了“粉化”现象的发生。
近年来,国内外学者对M oSi2及其复合材料的低温氧化行为做过大量的研究工作,认为M oSi2的抗氧化性与环境温度、材料成分、材料致密度、组织缺陷及环境气氛有着很重要的关系[3~9]。
但对不同致密度的M oSi2材料在700~1200℃的高温氧化行为研究还很少。
MoSi2基复合材料的室温韧性研究
进 行 合 金 化 的 方 法 或 在 Mo i S,中 引 入 SC、 C、 i Ti S3 4Z O 、 1 3 T2 等 陶 瓷 颗 粒 以及 晶须 或纤 i 、r 2 A2 、 i N 0 B
r o t mp r t e wa mp o e o r h n i l y al y n n o o u i g. e r s lss ow o m e e a ur si r v d c mp e e svey b l i g a d c mp nd n Th e ut h o t a o m e e a u e fa t r o gh e h s ki d M o 2b s d c o sts c n b mp ov d h tr o t mp r t r r c u e t u n s oft i n Si a e omp ie a e i r e g e ty c mp r d o t n e n 0 c d r a l o a e t he u r i f・ e M o 2 a d r Si n Nb — o gh n d a d Zr —t u e e n O2— ou h n d —t g e e M o 2 Si
Ke r s mo y d n m —diiii e; o o st al y n c mp u di g y wo d : l b e u sl d c mp ie; l i g; o o n n c o
金 属 间 化 合 物 二 硅 化 钼 因 具 有 高 熔 点 (0 0 2 3 ℃ ) 低密度 ( .4 g c ) 良好 的导 热 性 和 高 温 抗 、 6 2 /m 、
二硅化钼抗氧化性的研究进展
二硅化钼抗氧化性的研究进展二硅化钼抗氧化性的研究进展冯培忠3 曲选辉杜学丽崔大伟陶斯武田建军(北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083)摘要: MoSi 2具有良好的高温抗氧化性,但是低温容易发生“粉化瘟疫”现象。
首先介绍了MoSi 2及其复合材料低温“粉化瘟疫”的现象和机理,提出了预防“粉化瘟疫”的方法,然后介绍了MoSi 2基复合材料的高温抗氧化性能以及抗高低温循环氧化的能力。
总结认为低温加速氧化是MoSi 2的本质现象,而“粉化瘟疫”不是MoSi 2的本质现象。
关键词:二硅化钼;低温氧化;高温氧化;粉化瘟疫;复合材料Progress in the oxidation resistance of molybdenum disilicideFeng Peizhong ,Q u X u anhui ,Du X ueli ,Cui Da w ei ,T ao Siw u ,Tian Jian jun(School of Materials Science and Engineering ,University of Science and Technology Beijing ,Beijing 100083,China ) Abstract :Molybdenum disilicide (MoSi 2)has excellent resistance properties to oxidation and corrosion at high temperature ,but it disintegrates catastrophically (Pesting )during oxidation at low temperature (400~700℃)1The phenomenon and mechanism of Pesting of MoSi 2and its composites were introduced 1Its high temperature and cyclic oxidation were reviewed 1It was pointed out that Pesting is not an intrinsic phenomenon of MoSi 2but the accelerated oxidation at low temperature is inherent characteristic 1K ey w ords :MoSi 2;low temperature oxidation ;high temperature oxidation ;Pesting ;composites3冯培忠(1976-),男,博士研究生,主要从事粉末冶金及MoSi 2复合材料的研究,E2mail:****************收稿日期:2004-11-231 前言以MoSi 2为基的新型硅基复合材料(SMCs )以其高的熔点、极好的高温抗氧化性、适中的密度、良好的导热导电性、可进行电火花加工(EDM )以及较低的热膨胀系数等优良品质而被认为是一种极具竞争力的高温(1200~1600℃)结构材料[1~4]。
3MoSi_2涂层高温抗氧化性能和微观组织
Microstructure and High-Temperature Oxidation Resistance of Molybdenum Disilicide Coating
Chen Daoyong Jia Zhonghua
( Aerospace Research Institute of Materals & Processing Technology, Beijing 100076 )
MoSi2 涂层表面宏观下呈浅灰色, 表面比较致密, 有少许微裂纹出现, 经 XRD 分析涂层相组成为 MoSi2 , ( b) 所示。由于 Mo 与 Si 反应生成了 如图 3 ( a) 、 MoSi2 , 涂层增厚为 100 ~ 130 μm。 涂层的相结构由 中间层( NbSi2 ) 和过 外向内大致可分为外层( MoSi2 ) 、 ( Nb Si ) , 3 ( c ) , 渡层 如图 所示 涂层断面的线扫描也 5 3 显示出涂层中元素过渡的情况。 各分层界限比较清 20 ~ 30 、 10 ~ 20 μm。 厚度分别为 80 ~ 110 、 晰,
Fig. 3
图 3 MoSi2 涂层表面和断面分析 SEM photograph of surface and crosssection morphology of MoSi2 layer
2. 3 MoSi2 涂层高温氧化后成分和结构的变化 2. 3. 1 1 800℃ /30 h 高温长寿命试验 图 4 为铌钨合金 MoSi2 涂层试样 1 800℃ 氧化前 后照片。
http: / / www. yhclgy. com 2012 年 Nhomakorabea 2. 2
MoSi2 涂层的形貌和结构 Si - Mo 间的化合物包括 Mo3 Si、 Mo5 Si3 、 MoSi2 , Si 含量由低到高。在硅化的初始阶段金属中形成了低 Si 含量增多。 硅化物, 在后续阶段中形成了高硅化物, Mo 在温度 1 240℃ 中经过 3 h 才会出现二硅化物, 反 : 应如下 Mo + 3Si →Mo3 Si ( 1) 5Mo3 Si + 4Si →3Mo5 S i3 ( 2) Mo5 Si3 + 7Si →5MoSi2 ( 3)
MoSi2复合材料体系及其组织与性能
MoSi2复合材料体系及其组织与性能章菊萍;张玉成;余熙明;张天培;谢辉【摘要】以增强相MoSi2复合材料和MoSi2复合涂层为对象,讨论并归纳了各种MoSi2复合材料体系的制备工艺、物相成分、组织形貌、增韧补强机制、力学与抗氧化性能等关键问题,指出将SiC,Al2 O3,Mo5 Si3等作为增强相引入MoSi2基体中,基于裂纹偏转和纤维拔出等机理,可以提高材料的硬度、抗弯强度、断裂韧性.其原因在于MoSi2复合涂层在高温时生成玻璃相SiO2,填补了涂层内部孔隙,可有效阻挡氧气进入涂层内部,在材料的高温抗氧化过程中起至关重要的作用.【期刊名称】《湖北理工学院学报》【年(卷),期】2019(035)004【总页数】9页(P55-63)【关键词】MoSi2复合材料;增强相;涂层;增韧补强;抗氧化【作者】章菊萍;张玉成;余熙明;张天培;谢辉【作者单位】湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,湖北武汉430081;武汉科技大学钢铁冶金新工艺湖北省重点实验室,湖北武汉430081;湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003【正文语种】中文【中图分类】TB333MoSi2的熔点高(2 030 ℃)、高温抗氧化性能良好、导电性和导热性好[1-2]。
但是由于其室温韧性低、高温抗蠕变性差[3-4],MoSi2不宜单独使用。
因此,需要做成复合材料,以实现室温增韧、高温补强,并抑制其低温氧化“PEST”现象(灾难性氧化,即材料由块状变成粉末状)。
常规制备复合材料有2种途径:①引入增强相,如SiC,Al2O3,ZrO2,Mo5Si3,Ta,Nb等;②制备涂层,如Mo基、C/C基的MoSi2涂层,或其复合涂层。
钼及钼合金表面MoSi2抗氧化涂层的研究进展
钼是一种难熔金属。钼及其合金因为具有优 良 的导电、 导热和耐腐蚀性能 , 以及低 的热膨胀系数、 较高的硬度和高温强度等性能 , 在航空航天 、 国防军 工、 电子电气 、 冶金及玻璃工业等领域有着广泛的应 用 ' 2 J 。然 而钼 在 空 气 中 4 0 0℃ 时 开 始 氧 化 , 使 得 其性能下 降; 在7 2 5 o C以上氧化生成 的 M o O 迅速 挥发 , 形成 白色烟雾 , 且 随温度 的升高氧化加剧 , 这使得钼及钼合金在高温有氧环境下的使用受到了 极 大 的限制 。因此研 究并 提高 钼及 其合 金 的高 温抗
a l l o y s i s r e v i e w e d,i n c l u d i n g Mo S i 2 s o l e c o a t i n g a n d Mo S i 2 c o mp o s i t e c o a t i n g s .T h e r e s e rc a h t r e n d o f Mo S i 2 c o a t i n g
第3 7卷 第 2期
2 0 1 3年 4月
中
国
钼
业
V 0 l _ 3 7 No . 2 Ap r i l 2 01 3
CHI NA M0LYB DENUM I NDUS TRY
钼 及 钼 合 金 表 面 Mo S i 2抗 氧化 涂 层 的研 究 进展
安 耿 ,
RES EARCH PROGR E S S ON THE Mo S i 2 OXI DAT I ON E S R I S TANCE CoATI NG oF M OLYBDENUM AND I TS ALLoYS
AN Ge ng '
( 1 . S t a t e K e y L a b o r a t o r y f o r M e c h a n i c a l B e h a v i o r o f Ma t e r i l a s , ) ( i 粕J , i a o t o n g U n i v e r s i t y , X i a n 7 1 0 0 4 9 , S h a a n x i , C h i n a ) ( 2 . T e c h n i c a l C e n t e r , J i n d u i c h e n g Mo l y b d e n u m C o . , L t d . , X i h n 7 1 0 0 7 7 , S h a a n x i , C h i n a )
MOSi2涂层的组织结构与高温抗氧化性能
万方数据第16卷第6期肖来荣,等:MoSi2涂层的组织结构与高温抗氧化性能了硅化物涂层,并重点讨论和分析了硅化过程中涂层的形成机理、涂层的表面和截面组织特征以及氧化后涂层的结构变化,为进一步优化涂层结构和改善高温抗氧化涂层的性能提供了借鉴。
1实验基体材料为Nb一10W合金,利用线切割加工成d3mm×40mm的条状试样,经水磨砂纸打磨、碱洗、酒精超声波清洗、酸洗和蒸馏水清洗后烘干备用。
先用料浆烧结法在预处理过的Nb—lOW合金基体上于l450~I650℃真空烧结制备Mo层,然后于1100~1300℃包渗硅化制得MoSi。
涂层。
试样在空气中进行l600℃静态抗氧化实验和室温至1600℃热震实验。
室温至1600℃的加热时问为30s,空冷至室温。
采用XD98型x射线衍射仪分析涂层表面的相组成。
用扫描电镜观察涂层的表面和截面形貌特征。
利用能谱分析涂层表面和截面的成分分布,比较氧化前后涂层中成分和结构的变化。
2结果与分析2.1钼层组织的结构与形貌图1所示为钼层表面和截面的形貌及截面线扫描。
由图1(a)可知,经真空烧结后钼涂层表面较粗糙,存在许多孔洞,较大的孔洞直径约10p.m。
由图1(b)可知,该钼层厚度约为50ffm,钼层内存在大量的孔洞,钼层与基体间没有形成明显的扩散层,这与截面线扫描结果基本一致。
在钼层与基体界面处存在孔洞,说明钼层与基体的结合较差。
2.2硅化后涂层的结构与形貌硅化后形成的涂层表面和截面形貌及截面线扫描如图2所示。
涂层总体厚度比硅化前有较大增加,约为150pm,这是由于反应扩散形成硅化物后体积增大所致。
由图2(a)可知,涂层表面较疏松,表层存在较多孔洞,主要是由于钼层中原有的较大烧结孔隙在硅化过程中役有完全闭合所致。
此外,当si扩散时,Mo层内的空位向表层移动并聚集也是表层较疏松的原因。
由图2(b)可知,涂层由外向内依次为主体层、两相过渡层和低硅扩散层。
图3所示为涂层氧化前图1钼层表面(a)和截面(b)的形貌及截面元素扫描分布(c)Fig.1Morphologiesofsurface(a)andCROSS—section(b)andelementalIinescanningdistributionofcross—section(c)ofMolayer后表面的x射线衍射谱。
MoSi_2材料的强韧化
似于高温结构陶瓷 SiC、Si3N4 等 ,其抗氧化温度可达 1600 ℃以上 ,与 SiC等硅基陶瓷相当 ; ③ 适中的密度
其室温增韧与高温补强成为主要研究方向 。本文综述 了 MoSi2 及其复合材料的强韧化研究成果及工业应用 , 以期为进一步研究提供参考 。
(6124 g / cm3 ) ,较低的热膨胀系数 (811 ×10- 6 K- 1 ) ,良 好的电热传导性 (电阻率 2115 ×10- 6 Ω ·cm ,热传导率 25 W /m·K) ; ④具有较高的脆性转变温度 (BDTT为
2 MoSi2 材料的强韧化及应用
211 M oS i2 作为高温发热元件材料 目前常用的高温发热元件有硅碳棒和硅钼棒两
种 。硅碳棒是以高纯 度的绿 色 SiC 为主 要原 料 , 经 2200 ℃高温再结晶制成的非金属发热体 ,最高使用温
32
《金属热处理 》2006年第 31卷第 8期
度为 1350 ℃,其电阻随使用温度和时间而变化 [3 ] 。硅 元件大多在 400 ℃~1200 ℃之间使用 ,然而在 450 ℃~
碳棒主要在电磁材料 、电子陶瓷 、工程陶瓷 、耐火材料 、 550 ℃间 ,MoSi2 在氧化性气氛中会出现加速氧化即 磨具等制造业 ;金属材料的热加工和粉末冶金工业 ;玻 pesting现象 ,使材料发生整体性破坏 。研究表明 ,这
璃工业的熔化 、精炼工序 ;石油化工 、纺织 、食品工业和 造纸工业的烘烤工序等领域获得应用 ,是应用最广和
表 1 具有 2000 ℃以上熔点的部分硅化物结构及其性能 [ 6] Table 1 Structure and properties of the silic ides ( m elting po in t > 2000 ℃)
哈尔滨工程大学科技成果——二硅化钼基高温结构复合材料
哈尔滨工程大学科技成果——二硅化钼基高温结构
复合材料
项目概述
哈尔滨工程大学结构功能一体化材料研究所在高性能结构及热防护材料的研制方面,具有多年的开发经验和雄厚的研发实力。
难熔金属间化合物二硅化钼(MoSi2)由于具有很高的熔点(2030℃)、极好的抗氧化性和适中的比重,特别是它具有可贵的R特性,即在温度升高时其强度并不下降,并以其诱人的高温物理化学性能,引起了国际材料界极大的兴趣。
开展了大量的研究工作,目前在低温增韧和高温补强方面取得了一些创新性成果,但是在高温环境下(1200℃-1600℃)所表现出来的综合性能往往不能兼顾,顾此失彼。
如果发挥出MoSi2材料的潜在优势,它将在1200℃-1600℃的高温环境下表现出优异的综合性能,是一类极有希望代替镍基超合金的新型结构材料。
项目成熟情况
技术成熟,中试阶段。
应用范围
研制的二硅化钼基高温结构材料可用于航空航天、民用气轮机、汽车、船舶、发电机等领域高温环境中。
钼合金表面MoSi_2涂层氧化行为和氧化机理的研究
金获得抗 氧化性 能的研 究主要分 为两 个方面 : 1利用 () 合金化技术,对钼及钼 合金改性 ,提高抗氧化能力[ 5 1 ;
() 2 在钼 合金表 面形 成一层 具 有抗氧 化性 能 的涂层 ,
上 便 开始 形成 氧化 物 , 成性 能 下 降; 造 高于 7 0o生 5 C
成 的 Mo 速挥 发 , 成 白色烟 雾 , 随着 温度 升 O迅 形 并
性 能和抗 氧化 机理 。
高氧 化加 剧 ,这使得 钼及钼 合 金在 高温 领 域 的应 用
受 到 限制I , 。提 高铝 及 钼合 金 的高 温 抗氧 化 性 能 , 是扩 展其 在材料 领域 应用 的关键 。 目前使钼 及钼 合
中国鹚善
物相变 化 ;利用精 密 电子天平称 量样 品氧化 前后 的
第卷 2 6
质 量变 化 。
2 结 果 与讨 论
21 Mo i涂层 的制备 . S,
图 1为涂层 表 面形 貌 的 S M、 D E E S和 X D图 。 R
从图 1a中可 以看 出, 一 涂层 表面致 密 , 布着 片状 的 分 白色 区域 ; 过 图 1b和 图 1 c中 的 E S分 析 发 通 一 一 D
关键词 : 钼合金; oi M s 涂层; , 高温氧化: 氧化机理 中图分 类号 :G 4 . T 16 4
文献标 识码 : A
钼 及钼合 金 具有优 良的导 电、导热 以及耐 腐蚀
是在氩 气或 真空 条件 下进行 , 氩气 成本 较高 , 空条 真 件 下不 方便 连续 生产 。因此 , 作者 在氢 气气氛 中 , 采 用 包 埋 渗 硅 法 在钼 合 金 基 体 上制 备 了 M S 层 , o i涂
哈尔滨工程大学科技成果——碳纳米管强韧化MoSi2结构材料
哈尔滨工程大学科技成果——碳纳米管强韧化MoSi2结构材料项目概述近年来,随着航空航天技术的发展,对在高温环境下使用的关键材料部件的性能提出了愈来愈高的要求,要求材料既能在高温下安全可靠地工作,又具有较低的结构自重,从而尽可能地提高推重比。
在高达1600℃的温度下使用的新型材料必须满足强度高、抗蠕变、断裂韧性好、抗氧化和组织性能稳定等方面的要求。
目前无论是硅基陶瓷、C/C复合材料、还是铝的金属间化合物,在1200-1600℃高温条件下使用,均未能达到与镍基超合金抗衡的阶段。
开发综合性能优异的新型高温结构材料已成为亟待解决的现实问题。
在这方面,难熔金属硅化物,特别是二硅化钼(MoSi2)为开发研究注入了新的活力。
本项目采用纳米碳管增强MoSi2金属间化合物,通过将高纯的纳米碳管均匀分散到亚微米级Mo、Si粉末基体中,利用先进的热压烧结制备出纳米碳管增强MoSi2基复合材料,重点研究纳米碳管增强MoSi2复合材料的热压烧结工艺对材料微观结构的控制机理、纳米碳管对MoSi2基体的强韧化机理。
性能指标(1)MoSi2晶粒尺寸:亚微米级;(2)纳米碳管/MoSi2复合材料的孔隙率:d<8%;(3)纳米碳管/MoSi2复合材料的抗弯强度:σb>400MPa;(4)纳米碳管/MoSi2复合材料的断裂韧性:K IC>3.5MPa∙m1/2;(5)纳米碳管/MoSi2复合材料的维氏硬度:HV>12GPa。
本项目的研究将为促进MoSi2基复合材料在航天航空发动机、高超音速飞行器关键部件的应用提供科学的指导依据和先期技术支撑。
本研究不仅具有广阔的应用价值,而且有重要的理论研究意义,将会对目前热防护材料和高温结构材料产生巨大的带动与辐射作用。
现已制备出MoSi2晶粒尺寸在亚微米级,并且综合性能优异稳定的单壁纳米碳管增强MoSi2基复合材料。
项目成熟情况技术成熟,具有样品。
应用范围高温条件下工作的航空、航天器械的关键部件。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
工学硕士学位论文MoSi2的强韧化及氧化烧蚀性能研究THE RESEARCH OF STRENGTHENING, TOUGHENING, ABLATION AND OXIDATION OF MOLYBDENUM DISILICIDE BASED COMPOSITE徐东明哈尔滨工业大学2007年7月国内图书分类号:TB332国际图书分类号:620工学硕士学位论文MoSi2的强韧化及氧化烧蚀性能研究硕 士 研究生:徐东明导 师:张幸红教授申 请 学 位:工学硕士学 科、专 业:材料学所 在 单 位:复合材料与结构研究所答 辩 日 期:2007年7月授予学位单位:哈尔滨工业大学Classified Index: TB332U.D.C: 620Dissertation for the Master Degree in EngineeringTHE RESEARCH OF STRENGTHENING, TOUGHENING, ABLATION ANDOXIDATION OF MOLYBDENUMDISILICIDE BASED COMPOSITECandidate:Supervisor:Academic Degree Applied for: Speciality:Affiliation:Date of Defence:Degree-Conferring-Institution:Xu DongmingProf. Zhang Xinghong Master of Engineering Materials ScienceSchool of Astronautics July, 2007Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要金属间化合物MoSi2由于具有优异的高温抗氧化能力,而成为新一代航空发动机热端部件的热门候选材料。
但MoSi2的室温断裂韧性低,高温强度不足使其还不能立即应用于该领域。
并且航空发动机热端部件的服役环境非常恶劣,需经受温度的急剧变化和高温燃气流的冲刷。
所以MoSi2的抗热震性和抗动态氧化能力也是必须考察的重点。
碳化硅晶须(SiC w)是缺陷很少的陶瓷单晶体,它具有很大的长径比。
因此碳化硅晶须具有优异的力学性能,其拉伸强度达到14GPa,弹性模量能够达到700GPa,是一种很理想的陶瓷增韧体。
采用SiC w增韧MoSi2,改善MoSi2的本征脆性,并提高其抗热震性具有重大的实用价值。
为提高MoSi2粉体烧结的本征驱动力,采用湿法球磨的方法将MoSi2粉体的中位粒径降低到 1.80μm。
选用非离子型分散剂聚乙二醇和无机电解质类分散剂焦磷酸钠做为SiC w的分散剂,选用无水乙醇做为SiC w的分散介质。
采用超声振动加球磨混合的方法对SiC w进行分散。
实验结果表明SiC w 在基体MoSi2中的分散效果良好。
在1600℃的烧结温度和 30MPa的烧结压力下,保温时间1h热压烧结制备了MoSi2\SiC w和MoSi2\SiC p复合材料。
通过对体系的烧结动力学研究,发现SiC w含量为30vol%的试样的致密化速率曲线明显不同于SiC w含量为20vol%和10vol%的试样。
晶须含量对烧结致密化影响明显,而晶须的形状对烧结的影响不明显。
通过力学性能的测试发现SiC w的加入明显改善了MoSi2的力学性能。
复合材料的断裂韧性随SiC w含量的提高而上升。
由于SiC w竹节状的外形和热膨胀失配引起的残余压应力,SiC w和MoSi2界面解离困难,限制了晶须桥联和晶须拔出等重要韧化机制作用的发挥。
主要的韧化机制是裂纹偏转、晶粒细化和残余应力韧化。
使用氧-乙炔烧蚀实验装置考察材料的抗热震能力和动态氧化能力。
理论计算表明:强度的提高是MoSi2\SiC w复合材料抗热冲击断裂性提高的主要原因,而热膨胀系数降低则是MoSi2抗热震损伤性提高的主要原因。
尽管理论计算表明SiC w的加入能提高MoSi2的抗热震性,但在实际的热震测试中,试样均发生了热震破坏。
即使是SiC w含量高达30vol%的MoSi2\SiC w复合材料也还是不能有效地抵抗热冲击破坏。
1710℃动态氧化条件下MoSi2\SiC w表面生成致密的SiO2保护层,4min内- I -哈尔滨工业大学硕士学位论文没有烧蚀。
1817℃,表面的SiO2氧化层发生了严重退化。
关键词二硅化钼;碳化硅晶须;烧结动力学;韧化;热震;动态氧化- II -哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractIntermetallic compounds MoSi2 is a hot candidate material for next generation of aero-engine because of its excellent oxidation resistance at high temperature. However, MoSi2 use is limited by the brittleness at room temperature and the low strength at high temperature. The components of aero-engine need to withstand the dramatic changes in temperature and the high-temperature gas flow erosion. So the thermal shock resistance and dynamic oxidation resistance of MoSi2 must to be researched.SiC whiskers (SiC w) has excellent mechanical properties for its little defects and high aspect ratio. Its tensile strength can be up to 14 GPa and elastic modulus can reach to 700 GPa. Therefore using the SiC w as the toughening agent to improve the intrinsic brittleness of MoSi2 and enhance its thermal shock resistance is of great practical significance.MoSi2 powder was wet milled to 1.80 μm for enhancing the intrinsic driving force of sintering. Polyethylene glycol and sodium pyrophosphate were used as the dispersant of SiC w. And ethanol was choosed as the dispersion medium. Ultrasonic vibration and milling mixed approach were used to scatter the SiC w. Experimental results showed that SiC w were well dispersed in MoSi2 matrix. MoSi2\SiC w and MoSi2\SiC p composites material were prepared by the hot pressing sintering. The sintering temperature was 1600℃ and the holding pressure was 30 MPa. Densification rate curve of MoSi2\30vol% SiC w is significantly different from MoSi2\20vol%SiC w and MoSi2\10vol%SiC w by studying the sintering kinetics of the system. The content of the SiC w affected on the densification significantly. And the shape of whisker is not the main factor affecting sintering.The mechanical properties improvement of MoSi2 by the adding of SiC w was significant.The fracture toughness of the composite materials rose with the increasing of SiC w content.As the bamboo-shaped outer surface of SiC w and the residual compressive stress results from thermal expansion mismatch between SiC w and MoSi2, interface debonding is very difficult. Two important whisker toughening mechanisms of whisker bridging and pullout were both limited to- III -哈尔滨工业大学硕士学位论文playing their roles.The main toughening mechanisms are crack deflection, grain refinement and residual stress toughening.The oxygen-acetylene device was set up for the thermal shock and oxidation dynamic testing. Calculations shows the rise of strength is the key factor for the increasing of thermal shock fracture resistance in MoSi2\SiC w composite. And lower thermal expansion coefficient was account for the rising of thermal shock damage resistance in MoSi2\SiC w. Although theoretical calculations indicated that the SiC w was able to improve the material thermal shock resistance, all of the samples were damaged in the actual thermal shock tests. It was infered that MoSi2\30vol%SiC w has a higher thermal shock resistance than MoSi2\20vol%SiC w and MoSi2\10vol%SiC w by studying the surface and the fracture macrograph of the thermal shocked samples with different content of SiC w.MoSi2\SiC w generated compact surface SiO2 protection layer at 1710℃dynamic oxidation conditions. So there was no ablation in 4 min.And the silica oxide layer began to severely degrade up to 1817℃.Keywords MoSi2, SiC w, toughening mechanism, thermal shock, dynamic oxidation- IV -哈尔滨工业大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (III)第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 MoSi2的晶体结构、微观组织及性能 (2)1.2.1 MoSi2的组成及晶体结构 (2)1.2.2 MoSi2的微观组织 (3)1.2.3 MoSi2的性能 (4)1.3 MoSi2的复合化 (7)1.4 SiC w的结构、性能及对MoSi2性能的影响 (9)1.4.1 SiC w的结构及性能 (9)1.4.2 SiC w对MoSi2性能的影响 (10)1.4.3 SiC w\MoSi2复合材料性能的影响因素 (11)1.5 国内外关于MoSi2及MoSi2\SiC w的研究进展 (13)1.6 研究的主要内容 (15)第2章材料与试验方法 (17)2.1 材料体系及成分设计 (17)2.1.1 原料分析 (17)2.1.2 成分设计 (19)2.2 试验及表征方法 (20)2.2.1 密度及相对密度测试 (20)2.2.2 粉体粒度测试 (21)2.2.3 力学性能测试 (21)2.2.4 成分及组织结构分析 (22)2.2.5 热震 (22)2.2.6 动态氧化 (23)第3章制备工艺及烧结动力学分析 (24)3.1 制备工艺 (24)3.1.1 MoSi2粉体细磨工艺 (24)- V -哈尔滨工业大学硕士学位论文3.1.2 晶须的酸洗工艺 (26)3.1.3 分散工艺 (27)3.1.4 烧结工艺 (28)3.2 烧结动力学分析 (28)3.2.1 扩散蠕变理论模型 (28)3.2.2 实际烧结曲线 (31)3.2.3 第二相对烧结的影响 (34)3.3 本章小结 (37)第4章力学性能及韧化机制 (38)4.1 微观组织分析 (38)4.1.1 MoSi2的微观组织分析 (38)4.1.2 MoSi2\SiC w的微观组织 (39)4.1.3 MoSi2\SiC p的微观组织 (40)4.2 力学性能 (40)4.3 MoSi2的断裂模式及本征脆性 (42)4.4 界面解离条件 (43)4.5 残余应力大小计算 (44)4.6 MoSi2\SiC w增韧机制探讨 (47)4.6.1 裂纹偏转机制 (48)4.6.2 晶须拔出机制 (49)4.6.3 晶须对裂纹的桥联 (50)4.6.4 晶粒细化 (50)4.6.5 晶须断裂 (52)4.6.6 残余应力增韧 (53)4.7 以减弱残余应力为目的的界面设计 (54)4.7.1 改性剂的选择 (55)4.7.2 增韧效果 (55)4.7.3 结果分析 (56)4.8 本章小结 (58)第5章热震及动态氧化 (59)5.1 热震性能研究 (59)5.1.1 SiC w对MoSi2抗热震性的影响 (59)5.1.2 热震性能分析 (65)- VI -哈尔滨工业大学硕士学位论文5.1.3 C的加入对抗热震性的影响 (68)5.2 动态氧化 (70)5.2.1 氧化机制 (70)5.2.2 氧化结果 (72)5.2.3 氧化结果分析 (74)5.3 本章小结 (74)结论 (76)参考文献 (77)哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 (80)哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 (80)致谢 (81)- VII -哈尔滨工业大学硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景随着航空航天高技术的飞速发展,对材料性能提出了越来越高的要求。