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新型La-TZM鉬合金制備及性能 版權信息
- ISBN：9787030722294
- 條形碼：9787030722294 ; 978-7-03-072229-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
新型La-TZM鉬合金制備及性能 內容簡介
合金化是提高鉬合金性能的主要方法，因此被廣泛應用于鉬合金的開發，研究人員利用合金熱力學和復合強韌化原理設計了新型La-TZM鉬合金，在新型鉬合金的調控、制備技術、力學性能、強韌化原理、以及綜合性能方面做了大量的工作，在掌握新型鉬合金制備技術、綜合性能及機理的基礎上，如何進一步提升鉬合金的性能和使用環境的防護壽命，是值得進一步探討的課題。《新型La-TZM鉬合金制備及性能》共4章，內容包括鉬合金強韌化和性能研究進展及其存在問題、La-TZM合金的力學性能及強韌化機制、La-TZM合金的低氧和抗氧化性能和抗腐蝕性研究，這些內容對新型鉬合金的設計具有一定的指導和借鑒意義。
新型La-TZM鉬合金制備及性能 目錄
目錄
序
前言
第1章緒論1
1.1鉬的概述1
1.1.1鉬的物理性質1
1.1.2鉬的化學性質2
1.2鉬合金研究現狀4
1.2.1鉬金屬的脆性4
1.2.2鉬合金的強韌化研究進展9
1.2.3鉬合金的力學性能研究進展13
1.2.4鉬合金其他性能研究進展42
1.2.5鉬合金研究存在的問題及研究意義62
第2章La-TZM鉬合金的力學性能及強韌化機制65
2.1La2O3-TZM鉬合金的力學性能65
2.1.1La2O3-TZM鉬合金材料制備技術65
2.1.2La2O3摻雜量對TZM燒結坯力學性能的影響67
2.1.3軋制方式對La2O3-TZM鉬合金板材力學性能的影響70
2.1.4退火溫度對La2O3-TZM鉬合金組織和力學性能的影響71
2.1.5La2O3對TZM鉬合金高溫壓縮性能的影響80
2.1.6小結90
2.2La(NO3)3-TZM鉬合金的力學性能91
2.2.1La(NO3)3-TZM鉬合金材料制備技術91
2.2.2La(NO3)3對TZM鉬合金維氏硬度的影響96
2.2.3La(NO3)3對TZM鉬合金抗拉強度和伸長率的影響98
2.2.4La(NO3)3對TZM鉬合金高溫拉伸性能的影響100
2.2.5La(NO3)3對TZM鉬合金韌脆轉變溫度的影響110
2.2.6小結116
2.3納米摻雜La-TZM鉬合金的力學性能117
2.3.1納米摻雜La-TZM鉬合金材料制備技術117
2.3.2La-TZM鉬合金第二相形成機制122
2.3.3La-TZM鉬合金第二相調控134
2.3.4第二相對納米摻雜La-TZM鉬合金硬度的影響145
2.3.5第二相對納米摻雜La-TZM鉬合金拉伸性能的影響146
2.3.6納米摻雜La-TZM鉬合金多相協同作用強韌化機理148
2.3.7小結173
第3章La-TZM鉬合金的低氧性和抗氧化性能175
3.1TZM鉬合金的高致密低氧性研究175
3.1.1不同球磨時間及球磨介質對合金粉末顆粒形貌的影響175
3.1.2顆粒級配對TZM鉬合金致密化程度及氧含量的影響176
3.1.3碳的摻雜方式對TZM鉬合金致密化程度及氧含量的影響180
3.1.4小結184
3.2La-TZM鉬合金的抗氧化性研究185
3.2.1La-TZM鉬合金的高溫抗氧化性能185
3.2.2Pt*La-TZM鉬合金的高溫抗氧化性能192
3.2.3小結199
3.3TZM鉬合金的抗氧化性研究.199
3.3.1NiCoCrAlTa涂層氧化行為研究199
3.3.2Zr-Si涂層氧化行為研究210
3.3.3小結220
第4章La-TZM鉬合金的抗腐蝕性研究222
4.1La-TZM鉬合金的電化學腐蝕性研究222
4.1.1La-TZM鉬合金的電化學腐蝕機理222
4.1.2鍍鉑Pt*La-TZM鉬合金電化學腐蝕行為研究230
4.1.3小結237
4.2La-TZM鉬合金的電弧燒蝕行為238
4.2.1摻鑭鉬鈦鋯合金的電弧燒蝕行為238
4.2.2鑭在TZM合金電弧侵蝕中的作用243
4.2.3小結248
4.3室溫下不同Cl-濃度的TZM鉬合金耐蝕性能248
4.3.1TZM鉬合金在3.5％HCl溶液中的腐蝕行為研究248
4.3.2不同Cl-濃度下極化曲線分析251
4.3.3不同Cl-濃度下交流阻抗譜圖分析253
4.3.4不同Cl-濃度下表面微觀組織形貌特征254
4.3.5不同Cl-濃度對TZM鉬合金電化學腐蝕機理分析256
4.3.6小結256
4.4室溫下不同OH-濃度的TZM鉬合金耐蝕性能257
4.4.1TZM鉬合金在10％KOH溶液中的腐蝕行為研究257
4.4.2不同OH-濃度下極化曲線分析258
4.4.3不同OH-濃度下交流阻抗譜圖分析260
4.4.4不同OH-濃度下表面微觀組織形貌特征261
4.4.5不同OH-濃度對TZM鉬合金電化學腐蝕機理分析263
4.4.6小結263
4.5Mo金屬與TZM鉬合金電化學腐蝕行為263
4.5.1不同腐蝕介質中極化曲線分析263
4.5.2不同腐蝕介質中交流阻抗譜圖分析266
4.5.3等效電路分析269
4.5.4不同腐蝕介質中表面微觀組織形貌特征271
4.5.5小結275
4.6微納第二相TZM鉬合金的腐蝕行為275
4.6.1第二相對TZM鉬合金耐腐蝕性能影響的機制275
4.6.2不同尺寸第二相對TZM鉬合金耐腐蝕性能的影響規律277
4.6.3小結278
參考文獻279
序
前言
第1章緒論1
1.1鉬的概述1
1.1.1鉬的物理性質1
1.1.2鉬的化學性質2
1.2鉬合金研究現狀4
1.2.1鉬金屬的脆性4
1.2.2鉬合金的強韌化研究進展9
1.2.3鉬合金的力學性能研究進展13
1.2.4鉬合金其他性能研究進展42
1.2.5鉬合金研究存在的問題及研究意義62
第2章La-TZM鉬合金的力學性能及強韌化機制65
2.1La2O3-TZM鉬合金的力學性能65
2.1.1La2O3-TZM鉬合金材料制備技術65
2.1.2La2O3摻雜量對TZM燒結坯力學性能的影響67
2.1.3軋制方式對La2O3-TZM鉬合金板材力學性能的影響70
2.1.4退火溫度對La2O3-TZM鉬合金組織和力學性能的影響71
2.1.5La2O3對TZM鉬合金高溫壓縮性能的影響80
2.1.6小結90
2.2La(NO3)3-TZM鉬合金的力學性能91
2.2.1La(NO3)3-TZM鉬合金材料制備技術91
2.2.2La(NO3)3對TZM鉬合金維氏硬度的影響96
2.2.3La(NO3)3對TZM鉬合金抗拉強度和伸長率的影響98
2.2.4La(NO3)3對TZM鉬合金高溫拉伸性能的影響100
2.2.5La(NO3)3對TZM鉬合金韌脆轉變溫度的影響110
2.2.6小結116
2.3納米摻雜La-TZM鉬合金的力學性能117
2.3.1納米摻雜La-TZM鉬合金材料制備技術117
2.3.2La-TZM鉬合金第二相形成機制122
2.3.3La-TZM鉬合金第二相調控134
2.3.4第二相對納米摻雜La-TZM鉬合金硬度的影響145
2.3.5第二相對納米摻雜La-TZM鉬合金拉伸性能的影響146
2.3.6納米摻雜La-TZM鉬合金多相協同作用強韌化機理148
2.3.7小結173
第3章La-TZM鉬合金的低氧性和抗氧化性能175
3.1TZM鉬合金的高致密低氧性研究175
3.1.1不同球磨時間及球磨介質對合金粉末顆粒形貌的影響175
3.1.2顆粒級配對TZM鉬合金致密化程度及氧含量的影響176
3.1.3碳的摻雜方式對TZM鉬合金致密化程度及氧含量的影響180
3.1.4小結184
3.2La-TZM鉬合金的抗氧化性研究185
3.2.1La-TZM鉬合金的高溫抗氧化性能185
3.2.2Pt*La-TZM鉬合金的高溫抗氧化性能192
3.2.3小結199
3.3TZM鉬合金的抗氧化性研究.199
3.3.1NiCoCrAlTa涂層氧化行為研究199
3.3.2Zr-Si涂層氧化行為研究210
3.3.3小結220
第4章La-TZM鉬合金的抗腐蝕性研究222
4.1La-TZM鉬合金的電化學腐蝕性研究222
4.1.1La-TZM鉬合金的電化學腐蝕機理222
4.1.2鍍鉑Pt*La-TZM鉬合金電化學腐蝕行為研究230
4.1.3小結237
4.2La-TZM鉬合金的電弧燒蝕行為238
4.2.1摻鑭鉬鈦鋯合金的電弧燒蝕行為238
4.2.2鑭在TZM合金電弧侵蝕中的作用243
4.2.3小結248
4.3室溫下不同Cl-濃度的TZM鉬合金耐蝕性能248
4.3.1TZM鉬合金在3.5％HCl溶液中的腐蝕行為研究248
4.3.2不同Cl-濃度下極化曲線分析251
4.3.3不同Cl-濃度下交流阻抗譜圖分析253
4.3.4不同Cl-濃度下表面微觀組織形貌特征254
4.3.5不同Cl-濃度對TZM鉬合金電化學腐蝕機理分析256
4.3.6小結256
4.4室溫下不同OH-濃度的TZM鉬合金耐蝕性能257
4.4.1TZM鉬合金在10％KOH溶液中的腐蝕行為研究257
4.4.2不同OH-濃度下極化曲線分析258
4.4.3不同OH-濃度下交流阻抗譜圖分析260
4.4.4不同OH-濃度下表面微觀組織形貌特征261
4.4.5不同OH-濃度對TZM鉬合金電化學腐蝕機理分析263
4.4.6小結263
4.5Mo金屬與TZM鉬合金電化學腐蝕行為263
4.5.1不同腐蝕介質中極化曲線分析263
4.5.2不同腐蝕介質中交流阻抗譜圖分析266
4.5.3等效電路分析269
4.5.4不同腐蝕介質中表面微觀組織形貌特征271
4.5.5小結275
4.6微納第二相TZM鉬合金的腐蝕行為275
4.6.1第二相對TZM鉬合金耐腐蝕性能影響的機制275
4.6.2不同尺寸第二相對TZM鉬合金耐腐蝕性能的影響規律277
4.6.3小結278
參考文獻279
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新型La-TZM鉬合金制備及性能 節選
第1章 緒論 1.1 鉬的概述 鉬是一種銀白色，硬且堅韌的難熔稀有金屬，與普通金屬相比難熔金屬鉬及其合金能在更高的溫度下使用。鉬元素發現于1778 年，瑞典科學家卡爾 威爾海姆 舍勒 (Scheele) 用硝酸分解輝鉬礦時得到了鉬酸，同年成功制取了鉬酸并得到了氧化鉬[1，2]。鉬在地球上的蘊藏量非常少，其含量僅占地殼質量的 1×10.4％，其在地殼中的豐度為 1×10.6％。根據美國地質勘探局 (USGS)2018 年的統計數據，全球鉬儲量約為 1700 萬噸，其中將近 50％分布在中國，而美國、智利及秘魯三國合計擁有全球鉬存儲量的 39％，其余分散在其他國家。我國鉬資源主要集中在河南、陜西和吉林三省，占全國鉬資源儲量的 56.7％。鉬得益于其高熔點、高彈性模量、高耐磨性、良好的導電導熱性能、低熱膨脹系數、良好的耐腐蝕性等性能而在機械加工、化學工業、石油工業、冶金工業、金屬加工工業、航天航空、核能技術、國防軍工、高端醫療等領域都具有不可替代性，是重要的戰略材料。 1.1.1 鉬的物理性質 鉬屬于元素周期表中第五周期 (第二長周期) 的 VIB 族。其熔點為 2622℃，僅次于碳、鎢、錸、鋨和鉭。室溫下其密度為10.2g/cm3，僅為鎢的 1/2。與鎢相比鉬更易于加工，可以加工成很薄的箔材和很細的絲材。鉬的主要物理性質見表1-1。 表 1-1 鉬的主要物理性質 [3.6] 1.1.2 鉬的化學性質 鉬的化學性質如下 [7.9]。 鉬可以呈 0 價、+2 價、+3 價、+4 價、+5 價、+6 價。+5 價、+6 價是其*常見的價態。常溫下，鉬在空氣中是穩定的。鉬的低氧化態化合物呈堿性，而高氧化態化合物呈酸性。鉬的*穩定價態為 +6 價，欠穩定的低價態為 +5 價、+4價、+3 價和+2 價。 鉬與某些非金屬元素、金屬元素及酸堿的作用情況分別見表 1-2、表 1-3、表 1-4。 表 1-2 鉬與非金屬元素的作用情況 表 1-3 鉬與金屬元素的作用情況 表 1-4 鉬與酸堿的作用情況 1.2 鉬合金研究現狀 1.2.1 鉬金屬的脆性 現代鉬結構材料的工業應用對其尺寸穩定性與抗蠕變性提出了更高的要求，尺寸穩定性和抗蠕變性能需要材料具有足夠的強度和韌性。脆性斷裂是影響金屬材料使用壽命的一項重要因素，若材料中應力過于集中，則其塑性變形小，金屬材料容易發生脆性斷裂 [10]。采用粉末冶金法生產的鉬制品經過鍛造、軋制、拉拔等變形后，在高溫使用過程中，組織逐步松弛，在 900℃ 便開始發生再結晶。再結晶后金屬鉬容易出現脆性斷裂，材料的性能會大幅度降低 [11]。鉬的脆性主要有三個來源：一是鉬的本征脆性；二是間隙雜質在晶界上的富集；三是低溫再結晶脆性。 1.2.1.1 鉬的本征脆性 鉬的本征脆性主要由鉬原子外層和次外層電子分布特點所決定 [12]。鉬原子的*外層和次外層電子均為半滿狀態 (4d55s1)，即存在不飽和的*外層 d 電子層。d 電子層呈非對稱分布，呈四瓣花瓣形 (圖 1-1(a))，原子結合力有方向性，因此d 層電子相互作用時表現出共價鍵本性，而次外層 s 電子層為球對稱 (圖 1-1(b))，體現了金屬鍵的本性 [13]。 圖 1-1 Mo 原子外層電子運動形式 [12] 在高溫的作用下，*外層的電子因為受到原子核的束縛作用比較小，它會脫離原子軌道，成為自由電子，所以高溫下鉬主要是金屬鍵起作用，以塑性變形為主；隨著溫度不斷地降低，4d5 外層電子開始起主導作用，當溫度低于韌脆轉變溫度 (DBTT) 時表現出共價鍵特征，與此同時，材料中晶格阻力急劇增大，可動位錯減少，交滑移變得困難，位錯運動開始傾向于平面滑移，導致在鉬晶界上產生局部應力集中，發生沿晶脆性斷裂 [12]。 鉬在變形過程中易形成平行于 (001) 軋面的織構和平行于 (111) 軋面的織構。平行于 (111) 軋面的晶粒具有較高的間隙原子溶解度，使大量的雜質偏聚到 (111)軋面上，從而極大地影響了平行于 (111) 軋面的晶粒表面結合能，45°裂紋便沿此方向形成并擴展 [13]。研究發現，鉬合金的橫向塑性差與 織構有很大關系 [14]，這是因為 纖維織構導致了橫向大尺寸晶粒的產生，而且雜質元素極易在此晶界上偏聚，導致界面結合強度顯著降低，合金橫向塑性較差 [15]。 表 1-5 是通過估算和實驗觀測鉬的滑移面的應力值。F(a)max 是作用于{110}和 {112} 型滑移面位錯單位長度的*大力，γmax/σmax 為裂紋尖端*大剪應力與正應力之比，f(a) 為對應滑移體系中位錯單位長度所受的力。裂紋尖端位錯分布在一個固定的滑移系統 {110} 和 {112} 。在 {100} 平面疲勞裂紋的萌生過程中，同時形成多個疲勞裂紋源，這些疲勞裂紋源的尺寸從中心到試樣邊緣逐漸減小， 方向的 f(a) *小 [16]。從實驗結果也證明了織構與材料的脆性相關。 表 1-5 估算和實驗觀測鉬的滑移面的應力值 [16] 1.2.1.2 C、O、N 引發的脆性 雜質元素是影響鉬合金脆性的另一個主要原因，影響鉬脆性的間隙雜質主要是 C、O、N 等，鉬金屬對這些間隙原子在晶界的偏聚非常敏感 [13]。在 C、N、O 中，O 使鉬脆性增強的作用*強。研究發現 [17]，當 O 的含量僅為 6×10.6時，鉬就表現出沿晶界脆性斷裂。O 易與 Mo 元素形成 MoO2 片層狀偏聚于晶界，降低晶界強度，對鉬的塑性危害較大。左鐵鏞等使用俄歇電子能譜 (AES) 研究了間隙雜質元素的分布，結果表明斷面上確有氧、氮、碳的富集，氧 (510 eV)、氮 (38l eV)、碳 (272 eV)的俄歇峰值，特別是氧峰值相當高。氧、氮、碳的富集只限于脆裂斷面的幾個原子層內，即間隙雜質只在晶界富集 [18]。少量的氮 (15×10.4％～30×10.4％) 增大鉬的沿晶脆性斷裂風險 [17]，這些雜質沉淀于晶界處偏聚，導致應力集中，產生裂紋源，根據 C-Mo 相圖，在低溫下 C 在 Mo 中的溶解度很小，溫度達到 2100 ～2200℃ 時，C 在 Mo 中的溶解極限為 0.02％。鉬和碳的原子結構不同，它們的電子結構和電化學性質相差很大。加之它們晶格結構的特點和受加工造成晶格畸變等因素的影響使碳在鉬中的溶解常以偏聚狀態存在 [18]。但是，適量的碳在晶界分布能減小鉬的脆性，一方面，碳與氧之間的結合能遠大于其他雜質元素與氧的結合能，可降低氧原子向晶界偏聚的驅動力 [19]；另一方面，碳在鉬合金中形成的β-Mo2C、β′-Mo2C、β′′-Mo2C、MoC1.x、MoC 等碳化物 [20] 與鉬基體具有很強的結合力，且多析出于鉬晶界，能降低晶界能。但大量的碳元素在晶界上富集將導致鉬的脆性。此外碳氧原子比也對鉬的脆性產生影響 [21]。當 C/O 含量比例小于 2 時，雜質元素氧含量較多，導致鉬的塑性變差；當 C/O 超過 2 時，碳元素能夠形成碳化物析出，碳化物的形成使鉬晶界得到強化，脆性降低。 隨著檢測技術的發展，使用原子探針技術檢測晶界處的原子分布和元素種類，原子探針可以檢測少量雜質及其位置，Babinsky 等 [22] 研究了純鉬晶界處的偏析，圖 1-2 所示為試樣的 “偏析區域” 和晶界，分別用綠色和藍色箭頭表示。如圖 1-2(a) 所示，在這個原子探針層析技術 (APT) 的重建中，只顯示了鉬-氧、鎵和氧的分子和離子。 圖 1-2 聚焦離子束 (FIB) 在單晶界再結晶條件下從鉬片中制備出 APT 試樣的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像 [22] 用原子探針在晶界處檢測磷、氮、氧，如圖 1-2(b) 所示對同一試樣進行重構，除鉬、鎵外，其余元素均顯示。元素鎂、氧、氮、鈣、鉀、鋁、鋇、鐵和硅都集中在“偏析區”。證明在原子探針試樣中晶粒和亞晶粒邊界不存在偏析，偏析元素主要存在于晶界區域，此區域能量*低，元素易于擴散于此區域，形成 “偏析區”。此外，在工業加工和再結晶鉬片中可以成功地檢測到氧、氮、鉀的邊界偏析，分離區域被認為形成于燒結前孔隙。氣體元素在孔隙形成過程中，存在于孔隙中，孔
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