| 查看: 101 | 回复: 2 | |||
| 当前主题已经存档。 | |||
| 当前只显示满足指定条件的回帖，点击这里查看本话题的所有回帖 | |||
[资源]
磷、硼微合金化----一种发展高性能变形高温合金的新途径
|
|||
|
磷、硼微合金化----一种发展高性能变形高温合金的新途径 沈阳先进材料研究发展中心 高温合金研究部 孙文儒 变形高温合金是制造航空、航天、舰船发动机以及地面燃气轮机涡轮盘等部件的关键材料。随着发动机设计的持续改进，涡轮部件的工作温度和应力越来越高，发动机的推重比和工作效率也随之增加。为适应现代动力推进系统的这种发展趋势，变形高温合金的合金化程度不断地提高，现已接近极限水平，进一步发展的空间变得十分有限。因此，寻找新的强化方法成为进一步提高变形高温合金性能，发展现代高性能发动机材料的关键。 磷是高温合金中普遍存在的重要微量元素。过去一直认为磷促进凝固偏析和有害相析出，对合金的力学性能会产生不利的影响，因此把它作为一种有害元素尽量控制到最低水平。但我们的研究发现，适量的磷可将IN718和GH761等合金的持久寿命提高3倍以上。进一步研究表明，磷、硼在IN718合金中存在交互作用，即同时添加磷和硼比单独加入两种元素具有更显著的强化效果，能进一步地提高合金的持久寿命，同时降低合金的稳态蠕变速率一个数量级以上，并且这种强化效果直至750℃仍十分显著。磷、硼在最佳含量附近，对合金的瞬时拉伸、冲击和疲劳裂纹扩展等性能无有害影响。 在国家自然科学基金和‘863’等项目的资助下，我们深入开展了磷、硼对合金组织和性能的影响机理研究。在高温环境下，晶界是高温结构材料中的薄弱环节，而合金中加入了适量的磷和硼后，对晶界产生明显的强化作用，主要表现在：通过位置竞争机制阻碍环境氧的沿晶侵入，抑制表面晶界开裂；降低合金元素在晶界的扩散速率，抑制晶界裂纹的萌生和扩展；降低晶界能，改善晶界析出相的形态。进一步的研究表明，磷和硼对晶内也具有明显的强化效果。例如，观察到孪晶是IN718合金的重要蠕变机制，磷可以增加蠕变孪晶的方向，从而降低蠕变速率。另外，通过热处理获得了单一奥氏体组织，并确定磷、硼提高奥氏体的屈服强度，强化合金基体。 通过前面的基础性研究工作，我们研制了680℃用的IN718合金。在保持IN718合金加工和力学性能优势的基础上，使其承温能力提高30℃，扩大了IN718合金的使用范围。IN718合金性能优异，应用广范，占高温合金年产量的40%以上，该工作具有重要的经济和实用意义。最近，通过将细晶化与磷、硼微合金化技术相结合，发展了一种700℃用高屈服强度涡轮盘材料，使合金的室温屈服强度由原来的935MPa提高至1227MPa，同时具有良好的高温持久和蠕变性能。 通过研究磷、硼在变形高温合金中的作用和机理，使我们对变形高温合金成分、工艺、组织和性能间的关系有了更深刻的认识，也使我们初步找到了一条改善变形高温合金性能的新途径。一些通过磷和硼改性的变形高温合金，已经开始进入工程化应用研究阶段。 上述工作在Metall. Mater. Trans. 等杂志上发表，并被The Forth Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing 国际会议邀请作特邀报告，最近又被THERMEC’2006国际会议邀请作特邀报告。 [ Last edited by luo.henry on 2008-4-10 at 14:26 ] |
回复此楼» 猜你喜欢
拟解决的关键科学问题还要不要写
已经有8人回复
-
最失望的一年
已经有17人回复
-
为什么nbs上溴 没有产物点出现呢
已经有6人回复
-
求推荐博导
已经有4人回复
-
存款400万可以在学校里躺平吗
已经有34人回复
-
求助一下有机合成大神
已经有4人回复
-
求推荐英文EI期刊
已经有5人回复
-
26申博
已经有3人回复
-
基金委咋了？2026年的指南还没有出来？
已经有10人回复
-
疑惑？
已经有5人回复
» 本主题相关商家推荐: (我也要在这里推广)
挑战非晶态金属材料的耐热与强度极限
|
挑战非晶态金属材料的耐热与强度极限 沈阳材料科学国家(联合)实验室 非平衡金属材料研究部 徐坚 非晶态金属材料在结构上是一种热力学上亚稳态的非平衡结构，在一定的加热或者应力条件下将发生结晶转变,即转变为晶体相(这一过程称为晶化),从而导致非晶相原有的优异性能丧失。这使得非晶态合金的使用温度大大受到限制。一般说来，非晶态金属材料的玻璃转变温度（Tg）和晶化温度（Tx）直接依赖于合金中主元素的熔点，例如镁、铝、铜、铁基非晶态合金的晶化温度大致分别在190、250、470、温度范围。难熔金属基的非晶态合金具有更高的晶化温度，即高的热稳定性。另一方面，合金玻璃转变温度的高低直接对应于非晶态合金的强度，即玻璃转变温度越高，合金的强度越高。目前文献中报道的钴基非晶态合金拥有最高的强度，可达5GPa量级，大约为超高强度钢铁材料的2.5倍。因此，发展高强度、耐高温的难熔金属基非晶态合金始终是人们努力的目标。然而，由于难熔金属的熔点高（2500）、不易与其它元素形成均匀混合的液相，这使得通过合金熔体冷却的方法（如快速凝固技术）制备非晶态合金变得十分困难，成为制约其发展的瓶颈。 最近，我所国家实验室非平衡金属材料研究部徐坚研究员领导的研究组在国家自然科学基金的资助下，采用机械球磨固态反应的方法在多组元的钼基合金中，通过考虑原子尺寸分布、组元间混和热等因素对非晶相形成的影响，成功地制备出一种MoSiTaZrFeCoY七元非晶态合金，该合金的晶化起始温度可达到，具有宽的过冷液态温度区间（DTx=Tx-Tg），通过硬度测量估计的强度（Tabor关系式：Hv=3s）可达到6 GPa，是目前热稳定性最好、强度最高的一类非晶态合金，晶化温度仅次于价格昂贵的钽-铱非晶态合金。此合金在过冷液态下高度稳定的特点为合金的后续加工和块体材料的制备提供了有利条件。同时，有可能作为高硬度、耐磨的表面涂层材料得到应用。该项成果在申请国家发明专利之后，近期将在美国材料研究学会主办的《材料研究》（J. Mater. Res.）上以快报的形式发表。 |
3楼2006-12-31 16:13:57
金属/陶瓷异质界面的第一原理计算研究
|
金属/陶瓷异质界面的第一原理计算研究 沈阳材料科学国家（联合）实验室固体原子像研究部 王绍青 金属材料具有良好的可塑性、易于加工成型，在工业生产和日常生活中应用非常广泛。然而，在很多金属材料中存在着硬度较低、易受腐蚀侵害、不耐磨损等典型缺点。如何充分发挥这些材料的特长同时避免其不利因素带来的影响是在应用中所需急待解决的关键问题。采用抗腐蚀、耐磨损的超硬材料对常规金属材料进行表面镀膜是解决该难题的一个简单有效途径。但是由于实验条件的制约，人们对由此产生的金属/陶瓷界面的原子结合特别是金属与极性陶瓷界面结合的微观机理尚知之甚少。这种情况对生产制备过程中镀膜材料的选取和制备工艺的优化都造成了相当困难。本课题组在“材料计算设计与性能预测基础问题” 973国家基础研究重大项目的“界面物理匹配与结构设计”子项目资助下，对若干金属材料与超硬陶瓷界面的原子结合机理进行了详细的计算研究和理论分析。 我们采用密度泛函理论框架下的第一原理平面波赝势计算方法研究了A/lTiN[1]、Al/TiC[2]和Ti/TiN[3]所形成极性金属/陶瓷界面的原子结合情况。计算时电子的交换-相关能采用GGA-PW91近似。为加快计算过程，原子赝势采用了Vanderbilt超软形式的赝势。通过计算获得了这些界面的优化原子结构、界面粘合功和界面电子结构方面的信息，详细分析了界面区域原子的成键方式与电荷转移情况对界面粘合强度的影响。 通过研究发现，同种金属/陶瓷界面的粘结强度与陶瓷表面层的原子种类密切相关。金属与表面层为非金属原子的极性陶瓷粘合强度较高，当陶瓷表面层为金属原子时粘合强度偏低。差分电荷密度分析结果表明，在可粘合的两相界面上一般会发生电荷积累。在金属与非金属原子结合的界面上，积累电荷强烈地偏向于非金属原子一侧，从而使得在界面区域的金属与非金属原子之间形成强极性共价键[1，2]。在金属与金属原子结合的界面上，积累电荷区域延展范围较大，但基本上沿界面横扩展。两相原子之间的成键特征类似于弱局域化的金属键[1，3]。基于以上理论结果可以预期：为实现金属与表面陶瓷涂层材料的高强度粘合，以非金属原子作为陶瓷涂层的第一层原子为佳。但是，这种界面增强效果随着材料的不同也存在着很大差异：对于Ti/TiN界面，粘结强度可提高一倍以上而Al/TiN界面的提高幅度只有11%左右。因此，需要就不同的金属材料选择恰当的陶瓷涂层并应针对陶瓷材料的具体结构优化制备工艺。 关于如何才能有目的地在生产中控制金属/陶瓷界面处原子种类的问题，我们特别分析计算了采用气相沉积技术在Al表面镀膜TiN陶瓷层的过程。通过物理或化学气相沉积镀膜是对小尺度金属器件进行表面覆层的常用办法。我们的分析结果表明，通过调节气相沉积过程中氮气的偏压即可实现对Al/TiN界面原子结构的有效控制[1]。 目前我们正在进行的工作包括大晶格失配异相界面问题的第一原理计算方法研究、异质界面的原子间相互作用势问题与分子动力学模拟方法研究和偏析原子对异质界面结合强度影响的研究等。拟通过对固体材料界面结合微观机理及其规律的认识，发展固体材料界面的优化设计方法。 参考文献 [1] L. M. Liu, S. Q. , H. Q. Ye, Acta Mater. 52, 3681 (2004). [2] L. M. Liu, S. Q. , H. Q. Ye, Surf. Sci. 550, 46 (2004). [3] L. M. Liu, S. Q. Wang, H. Q. Ye, Surf. & Interf. Anal. 35, 835 (2003). |
2楼2006-12-31 16:12:54