钽铌及其合金基本摘要.pptVIP

* 爆炸前后的试样对比 碳化钽的扫描电镜照片 单个的晶粒可见,但是孔洞率很小,该区域的硬度为14.5 GPa (理论硬度15GPa±015GPa) * 铌的熔点高(2468℃), bcc 结构, 延性和导热性好，强度和比强度高，密度8.6g/cm3，是最轻的难熔金属，热膨胀系数7.2, 高温力学性能好,强度能保持到1649.9℃, 热中子俘获截面小,在腐蚀介质中极为稳定,塑-脆转变温度低(-160℃) 铌的基本属性 * 各种铌制品及其用途 * 铌的氧化行为：高温下(600℃以上)易与空气中的氧发生反应, 生成对基体无保护作用的粉状氧化膜Nb2O5, 不断剥落,发生破裂氧化。铌在低于350 ℃空气中氧化增重呈抛物线规律;而在高于350 ℃的空气中,氧化增重呈直线规律,氧化速率增大。Nb2O5的熔点为1520℃,其蒸气压较低,不会产生严重的挥发现象。然而，由于铌氧化生成Nb2O5后体积增大,因而氧化膜层中就会产生很大的内应力,不仅会产生平行于金属表面方向的压应力,而且也会产生垂直于金属表面方向的拉应力。膜越厚,它的内应力就越大,当内应力超过了膜本身的强度时,膜层就会出现裂纹,进而发生碎裂脱落。 铌的氧化行为 铌的氧化形成机理: 氧化过程中,氧离子由外向内迁移,而铌离子由内向外迁移,氧经历了从吸附于铌表面到向内扩散与铌离子相遇形成氧化物的过程。在近表面一定深度范围(约40nm) 氧与铌离子浓度均较高,因而形成Nb2O5。随着膜的增厚,扩散阻力增大,使氧离子浓度较低的氧化膜内层中多为Nb6O·NbOx。 * (1) 氧溶入金属铌,形成间隙式固溶体,使铌的晶格发生膨胀。成分开始时不均匀,趋于饱和的过程中同时均匀化。(2) 生成α-2Nb2O5相,晶粒逐渐长大。 (3)α-2Nb2O5在晶粒长大过程中逐渐形成择优取向的紧 密层,随温度上升,逐渐转变为取向混乱的疏松氧化层。 (4) 800℃以上,α-2Nb2O5迅速转变为β-2Nb2O5。 铌的氧化过程 * 铌硅化合物的氧化行为 随着铌中硅含量的增大, 高温氧化时其表面氧化所生成的SiO2越多, 越容易形成一层连续的玻璃态SiO2保护层, 防止合金的进一步氧化。与纯铌相同, 铌硅化物在氧化时也会产生Nb2O5。 NbSi2的熔点为1940℃,比硅熔点1414℃高出许多,但与Nb5Si3 的2520℃和铌的2468℃相比仍然略显不足。同时, NbSi2在室温时的硬度和在1973K下的屈服应力比Nb5Si3差。但NbSi2的抗氧化性能要比Nb5Si3和铌好得多。随着温度升高,NbSi2的抗氧化性能也逐步减弱。在比较高的温度下(约1000 K),NbSi2不能形成一层致密的保护性硅氧(四面体)层,而形成硅氧物和Nb2O5的复合氧化物,易碎裂脱落,发生“pest”效应。 Nb5Si3的物理及力学性能 * 铌合金的抗高温氧化性 合金化 在铌基合金中添加Ti、Al等元素，使合金能在高温应用时自生氧化物保护膜，从而提高其抗氧化性； 能提高铌基合金抗氧化性的合金元素有Al、Cr、Si、Ti、Mo、V、Zr等； 通过三元合金或多元合金化可进一步改善铌基合金的抗氧化性(Nb-Cr-Al, Nb-Fe- Al, Nb-Mo-Al) 通过合金化来提高铌基合金的抗氧化性通常是以损失强度和加工性能为代价，并 且这种抗氧化性的提高也是有限的。 在铌基合金表面涂覆抗氧化涂层。 涂覆剂主要为硅化物，还有贵金属、Ni-Cr合金及TiN等； 涂层抗氧化性能与涂层主体中Si含量密切相关，Si含量低，高温抗氧化性能差；Si含量高，氧化过程中形成较厚的低硅化物以及具有均匀孔洞的组织结构，显著提高了涂层的寿命；涂层在氧化过程中表面形成多种玻璃态氧化物，可最大限度地保持与涂层主体膨胀系数的一致；高温抗氧化性能取决于涂层表面玻璃态氧化物的性质、涂层主体结构及硅化物相的性质、氧化物层与涂层主体以及基体的膨胀系数差等。 涂层的寿命概率：1100～1200℃，几百小时； 1500～1600℃，几十分钟； 涂覆工艺：液体镀、化学沉积、热喷涂、离子注入； 涂层厚度：十几个微米～几毫米； * (1) 加入合金在Nb2O5中形成固溶体,溶质元素离子的价数及离子半径会对Nb2O5的晶体缺陷结构及体积比起作用。可以期望通过加入的离子改变壳层的扩散特性,降低氧离子的扩散速度。 (2) 加入的合金元素超出在Nb2O5中的固溶度,生成其他氧化物相,或低价的氧化物,或非晶态表层,使氧化层的各种特性发生有利的变化。 (3) 提高氧化层的强度和蠕变性能,缓释内应力,减少裂纹的产生。 (4) 使表面层致密化, 降低空隙度, 阻挡氧向基体内部的