超高溫Nb基合金薄板及其抗氧化涂層微觀組織與性能研究.pdf

1、金屬熱防護(hù)系統(tǒng)因其具有質(zhì)量輕、可靠性高、可拆卸等優(yōu)點(diǎn)而在超高聲速飛行器得到了出不應(yīng)用。隨著超高聲速飛行器飛行速度的進(jìn)一步提高,對金屬熱防護(hù)系統(tǒng)使用溫度提出了更高的使用要求。Nb合金因其為具有熔點(diǎn)高，密度適中，高溫力學(xué)性能好等突出優(yōu)點(diǎn)而被視為一類具有潛在應(yīng)用價(jià)值的新型金屬熱防護(hù)系統(tǒng)高溫合金材料。作為 Nb的重要合金化元素，W和Mo能夠無限固溶于Nb基體中形成單相合金。此類合金高溫下無相變反應(yīng)，無析出相，其作為一種高溫結(jié)構(gòu)材料能夠保證良好的

2、可靠性與穩(wěn)定性。此外，Nb-W-Mo合金還具有較高的高溫強(qiáng)度和良好的塑性，便于加工成型，因此Nb-W-Mo合金薄板作為熱防護(hù)系統(tǒng)蒙皮材料極具應(yīng)用前景。同時(shí)作為高溫結(jié)構(gòu)材料，高溫抗氧化能力不足是Nb合金應(yīng)用受限的主要障礙，且眾多研究表明，添加抗氧化合金元素尚無法滿足熱防護(hù)系統(tǒng)的使用要求，所以在Nb合金表面制備抗氧化涂層成為大幅提高其抗氧化能力的重要手段。
　　本文利用軋制工藝制備Nb-W-Mo合金薄板，并以Nb-W-Mo薄板為基底制

3、備了硅化物涂層抗氧化涂層，研究了 Nb-W-Mo合金薄板的組織結(jié)構(gòu)和室溫、高溫力學(xué)性能；Nb-W-Mo合金薄板的高溫氧化行為及氧化機(jī)理；硅化物涂層的成分、物相及組織結(jié)構(gòu)；硅化物涂層對基板高溫力學(xué)性能的影響；硅化物涂層的高溫氧化行為與氧化機(jī)理。利用XRD、SEM、XRF等表征技術(shù)研究了 Nb-W-Mo合金薄板的成分、物相與微觀形貌，確定了Nb-W-Mo薄板為Nb的單相均勻固溶體，表面晶粒呈等軸晶，力學(xué)性能各向同性。分別在1100℃，130

4、0℃，1500℃下對 Nb-W-Mo合金薄板進(jìn)行了真空拉伸性能測試，結(jié)果表明，Nb-W-Mo合金薄板高溫強(qiáng)度隨著溫度的升高下降緩慢，在1500℃時(shí)拉伸強(qiáng)度可達(dá)到100MPa以上。在600℃，800℃，1000℃下測試了薄板的高溫抗氧化性能，其氧化動力學(xué)曲線表明Nb-W-Mo合金薄板的氧化過程遵循直線規(guī)律，抗氧化性能差。以Nb-W-Mo合金薄板為基底制備了抗氧化涂層，通過XRD、SEM、XRF等分析手段確定該涂層為以NbSi2為主要成分的

5、復(fù)合硅化物涂層。涂層表面疏松，內(nèi)部致密，與基體間存在穩(wěn)定過渡層。對帶有硅化物涂層的Nb-W-Mo合金薄板進(jìn)行真空高溫拉伸測試，測試結(jié)果顯示在相同溫度下其與Nb-W-Mo薄板相比強(qiáng)度下降40％左右，但1500℃時(shí)強(qiáng)度仍可達(dá)67MPa。在1100℃，1300℃，1500℃下對帶有硅化物涂層的Nb-W-Mo合金薄板進(jìn)行高溫氧化試驗(yàn)，得出該硅化物涂層在高溫下遵循拋物線氧化規(guī)律。氧化產(chǎn)物為Nb2O5、SiO2和少量TiO2，其中TiO2的存在抑制