Si和La元素对Mo丝显微组织与力学性能的影响_冯鹏发

%
La
元素含量 Si 0. 10 0. 15 0. 20 0. 25 0. 30 0. 40 0. 15 0. 15 0. 15 0. 15 0. 15 0. 30 0. 50 0. 80 1. 00 1. 20
7# 8# 9# 10 # 11
#
硅化物的晶粒细化作用主要来自于具有高熔点 Mo5 Si3 、 Mo3 Si （ 其熔点分 和优异高温强度的 MoSi2 、 2 180 、 2 025 ℃ ） 的生长阻碍［9 － 10］。 其 别为 2 020 、 Mo5 Si3 具有更高的熔点和更好的 与 MoSi2 相比， 中，
［12 ］
等 2. 2
［13 － 14 ］
给出的组织观察结果证实了这一现象 。 La2 O3 和硅化物对 Mo 合金丝的的强韧化作
15时mosi合金的晶粒并没有进一步细化甚至有所长大这是由于弥散颗粒的数量和弥散度足够延缓mo晶粒的长大速率后多余的弥散颗粒基本上就失去了细化晶粒的作用相反有可能聚集在晶界处图3中a1a2a3a4点带来脆性增加制约了mo晶粒的变形性能因此塑性显著降低
第 29 卷第 5 期 2011 年 10 月
粉末冶金技术
表1 MoSi 合金和 MoSiLa 合金的设计成分（ 质量分数） Table 1 Designed chemical compositions of MoSi alloys and MoSiLa alloys
样品 1# 2# 3# 4# 5# 6
#
图1 Fig． 1
Si 合金丝的室温力学性能 3． 3 mmMo（ 平均值） 与 Si 含量的关系 Roomtemperature mechanical properties of
1 ） （ Jinduicheng Molybdenum Industry Limited Company，Xi’ an 710077 ，China） 2 ） （ State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials，Xi’ an Jiaotong University，Xi’ an 710049 ，China） Abstract： The effect and mechanism of the addition of La，Si on the microstructure and mechanical properties of SiLa alloy wire with molybdenum wire were explored through the systematic experiments，and the composition of Moexcellent mechanical properties was optimized，i. e. ，Mo0. 15Si（ 0. 5 ～ 0. 8 ） La. Mo3 Si and Mo5 Si3 particles，which are produced through the insitu reaction of MoSi2 and Mo，play excellent effects of grain refinement and dispersion cracks delayed. In the MoSiLa alloy，the strengthening. La2 O3 particles make the formation and spread of micropresence of molybdenum silicide particles contributes to the more dispersion uniformity of La2 O3 particles，so the s toughening effects are more significant. latter’ Key words： strengtheningandtoughening； La2 O3 ； MoSi2 ； molybdenum wire
Effect of Si and La additions on the microstructure and mechanical properties of molybdenum wire
2） Feng Pengfa1） ， ，Liu Renzhi1） ，Zhao Hu1） ，Yang Qinli1） ，Fu Jingbo1） ，Sun Jun2）
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粉末冶金技术
［11 ］
2011 年 10 月
［10 ］
抗高 温 蠕 变
。
（ a） Mo0. 10Si； （ b） Mo0. 15Si； （ c） Mo0. 20Si； （ d） Mo0. 25Si； （ e） Mo0. 30Si； （ f） Mo0. 40Si
图2 Fig. 2
Si 合金烧结棒金相照片 不同 Si 含量的 Mo-
Metallographic photos of sintered MoSi alloy bars with different Si addition levels
图3 Fig. 3
Mo1. 20Si 合金的烧结断口显微组织 SEM 照片及 A1 点的能谱分析
［6 ］
。但作为结构件， 低温脆性和比强度不足一直
［1 － 2 ］
是困扰 Mo 成形和应用的主要问题
。 因此， 强
韧化技术一直是 Mo 金属研究和应用的热点之一。 自从 20 世纪 80 年代以来， 国内外在 Mo 的强 韧化技术方面取得了巨大进展。 由于 Mo 金属没有 随温度改变而发生晶体学相变的性质， 通过热处理
Fracture morphology of sintered Mo1. 20Si alloy bar and energy spectrum of A1 spot in the SEM photo
Si 合金丝的整个工艺过程中， Mo在制备 MoSi2 、 Mo5 Si3 、 Mo3 Si 等三种硅化物具有良好的热力学 。Peralta［13］认为： Mo5 Si3 和 Mo3 Si 颗粒以 因此可以起到 强大的键合力与 Mo 基体牢固结合， 稳定性 非常优异的弥散强化作用和晶粒细化作用 ， 不会因 基体变形 等 原 因 剥 落 或 移 位 而 失 去 弥 散 效 果， 而 MoSi2 颗 粒 在 Mo 基 体 上 分 布 不 够 稳 定。 Peralta
， La2 O3 对 Mo 具有显著的韧化作用［7 － 8］。 但
* 国家高技术发展计划项目（ 2008AA031002 ） mail： fengpengfa@ tsinghua. org. cn ＊＊冯鹏发（ 1972 － ） ， 男， 博士。E收稿日期： 2011 － 01 － 18
第 29 卷第 5 期
1
1. 1
试验
试验材料 MoO2 粉末的含 Mo 量为 74. 64% （ 质量分数 ） ， 颗粒形貌规则， 粒度呈高斯分布， 费氏粒度为 2. 52
La （ NO3 ） 3 溶液。 Moμm。辅料主要有 MoSi2 粉末、 Si2 粉末的纯度为 99. 5% ， 费氏粒度为 3. 6 μm， 粒度 呈高斯分布。La（ NO3 ） 3 溶液采用纯度为 99. 9% 的 La2 O3 粉末、 浓硝酸与去离子水加热配制而成 。 1. 2 试验方法 首先试验研究 Si 元素的单质强化效果， 然后在 MoSi 合金的基础上， SiLa 合金 进一步优化出 MoSi 合金和 5 种 Mo丝的成分。表 1 给出了 6 种 MoSiLa 合金的 设 计 成 分。 将 MoO2 和 MoSi2 粉 末 混 合， 与同等质量的 10 mmMo 球加入三维球磨机， 连 8 h MoMoSi 。 La （ NO 续混合 制得 将 2 混合粉末 3） 3 溶液 喷 雾 掺 杂 到 MoO2 粉 末 中， 然后将掺杂过的 MoO2 粉末与 MoSi2 粉末在三维球磨机中制得 MoMoSi2 La（ NO3 ） 3 混合粉末。 以 H2 为还原介质， 在 850 ～ 950 ℃ 下将含有合金元素的 MoO2 还原为 Mo 合金粉末， 进而压制、 烧结成 17 mmMo 杆， 并拉拔至 0. 18 mm 丝材， 拉拔过程中进行一次去应力退火。
2
2. 1
试验结果与分析
Si 元素对 Mo 合金丝的强化作用分析
Si 合金丝的室温力学性能与 Si 从 3. 3 mmMo含量之间的关系 （ 图 1 ） 可以看出： 当 Si 含量较低 （ 0. 10% ～ 0. 15% ） 时， MoSi 合金 随着 Si 含量增加， 丝的屈服强度和抗拉强度缓慢提高， 而塑性逐渐降 MoSi 合金丝 低； 当 Si 含量超过一定量（ 0. 15% ） 时， ， ； Si 的强度明显提高 而塑性显著降低 当 含量进一 MoSi 合金丝的强度反而降低， 步增加时， 而塑性有 所提高。
Mo 及 Mo 合金具有高弹性模量、 高耐磨性、 高 低膨胀系数、 良好导热导电性等诸多优异的理 熔点、 化性能， 在冶金工业、 电子工业、 宇航工业、 化学工 程、 核工业等领域有着广泛的应用和良好的前 景
［1 ］
强韧化的可行性不大， 因此大多数研究集中在 Mo 的合金化方面。目前， 已经形成了固溶强韧化、 碳化 物弥散强韧化、 稀土氧化物弥散强韧化、 气泡强韧化 ［3 － 6 ］ 。 这些 Mo 等强韧化技术及多种 Mo 合金牌号 合金牌号材料均不成熟， 大多处于实验室研究阶段， Mo 及 尚未见到生产和应用的报道。因此总体而言， Mo 合金仍然属于脆性材料， 其强韧化的研究水平距 离实际使用要求尚有巨大的差距 。 Si 在 Mo 中会产生明显的强化 前期研究表明， 效应
冯鹏发等： Si 和 La 元素对 Mo 丝显微组织与力学性能的影响
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Si 元素的强化研究仅限于烧结态 Mo 合金的室温性 未见后续加工性能和高温使用性能的分析 。 本 能， 文作者系统分析了 La 元素和 Si 元素对 Mo 合金丝 的力学性能和显微组织的影响规律， 优化出高强韧 MoSiLa 合金丝的成分， 并分析了 La2 O3 、 硅化钼的 复合强韧化机制。
asworked MoSi alloy wires with 3． 3mmindiameter as a function of Si addition level
Si 合金中硅化 这一现象是不同 Si 含量的 Mo物的晶粒细化效果不同所致。 图 2 给出了不同 Si Si 烧结棒的金相组织。 从中可 含量的 17 mmMoMoSi 看出： 当 Si 含量非常低 （ 0. 10% ～ 0. 15% ） 时， 合金的晶粒明显细化， 因此具有较好的综合力学性 MoSi 合金的晶粒并没 能； 当 Si 含量超过 0. 15% 时， 有进一步细化， 甚至有所长大， 这是由于弥散颗粒的 数量和弥散度足够延缓 Mo 晶粒的长大速率后， 多 余的弥散颗粒基本上就失去了细化晶粒的作用 ， 相 A2 、 A3 、 A4 点 ） 反有可能聚集在晶界处（ 图 3 中 A1 、 带来脆性增加， 制约了 Mo 晶粒的变形性能， 因此塑 性显著降低。
Powder Metallurgy Technology
Vol. 29 ，No. 5 Oct. 2011
Si 和 La 元素对 Mo 丝显微组织与力学性能的影响 *
冯鹏发
1） ， 2 ） ＊＊
刘仁智
1）
赵虎
1）
杨秦莉
1）
付静波
1）
孙军
2）
1 ） （ 金堆城钼业股份有限公司， 西安 710077 ） 2 ） （ 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室， 西安 710049 ） Si 单元掺杂和复合掺杂对钼丝的显微组织和力学性能的影响及其作用机制， 摘 要： 系统研究了 La、 优化 SiLa 合 金 丝 的 成 分 为 Mo0. 15Si（ 0. 5 ～ 0. 8 ） La。 MoSi2 与 Mo 原位反应生成 出具有优异力学性能 的 MoMo5 Si3 和 Mo3 Si 硬质相， 起到良好的晶粒细化作用和弥散强化作用。La2 O3 颗粒通过延迟微裂纹的形成和扩 SiLa 合金中， 散， 起到韧化作用。在 Mo硅化物颗粒的存在有助于 La2 O3 颗粒的弥散均匀化， 促进其韧化效果。 关键词： 强韧化； La2 O3 ； MoSi2 ； 钼丝