自20世纪90年代以来,该材料被认为是最有希望突破现有高温合金使用温度的新型高温结构材料之一。美国、欧盟、日本等国家和地区最早开展了铌硅金属间化合物高温合金的研究。对于合金的组织研究主要集中在定向凝固组织和细晶组织方面。
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/Nb-Si intermetallic compound based superalloy/
最后更新 2022-12-23
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利用铌-硅(Nb-Si)二元相图中铌固溶体和硅化物之间的两相区,获得具有铌固溶体相和硅化物相两种组成相的合金。
- 英文名称
- Nb-Si intermetallic compound based superalloy
- 所属学科
- 航空宇航科学与技术
铌硅金属间化合物基高温合金中的铌固溶体是韧性相,硅化物为强化相,以此可以保证合金具有良好综合性能。铌硅金属间化合物基高温合金具有高熔点(>1700℃)、低密度(6.6~7.2克/厘米3),以及高温强度和低温损伤容限的良好平衡特点。以铌(Nb)元素作为主要元素,添加硅(Si)元素形成硅化铌(Nb5Si3)型硅化物强化相。此外添加钛(Ti)、铝(Al)、铬(Cr)、铪(Hf)、钼(Mo)、钨(W)、锆(Zr)、硼(B)等元素来提升合金的综合力学性能和高温抗氧化性能等,合金中主要包含了Nb固溶体相和硅化物相,而部分合金中还有铌铬合金(Cr2Nb)相。
铌硅金属间化合物基高温合金的熔炼方法主要是真空电弧熔炼法,并结合冷壁坩埚悬浮熔炼来实现合金成分的均匀化。为获得具有良好综合性能的铌硅金属间化合物基高温合金,还发展了超高温整体定向凝固法,可获得Nb固溶体相和硅化物相两相耦合生长的定向组织;发展了金属铸模成型+热等静压方法来获得细晶组织。此外,还可采用增材制造方法来获得细晶组织。
由于合金中硅化物相的晶体结构复杂,在塑性变形时开动的滑移系数目有限,其在室温下呈低塑性和脆性,断裂抗力较差。因此铌硅基金属间化合物高温合金结构材料发展成为实用的高温结构材料,必须解决其脆性问题。此外,该合金的高温抗氧化性能较差也是其走向工程应用的一大障碍。以上两大问题的解决,必须通过合金化以及组织控制来改善合金的相组成、分布,从而提高其室温韧性和塑性;利用合金化改善合金的抗氧化机制,同时采用涂层提高其抗氧化性能。此外,还需有针对性地发展铌硅金属间化合物基高温合金使用的热障涂层及其工艺技术。