钼基二硅化钼功能梯度材料组织结构及性能研究

论文摘要

采用熔盐电沉积方法制备的Mo-MoSi2功能梯度材料充分发挥了钼的高强度和电热导性以及二硅化钼的抗氧化性。对Mo-Si体系中的化学反应、熔盐电沉积法在NaCl-KCl-NaF-SiO2熔盐体系中制备Mo-MoSi2功能梯度材料、功能梯度材料的显微组织及其性能进行了研究。通过热力学计算和试验相结合,确定了Mo-Si体系中的化学反应以及反应条件,并计算了Mo、Si含量对不同梯度层深度物质组成的影响。结果表明,1073～1168K范围内易生成MoSi2;钼基体随着Si含量的增加呈Mo→Mo5Si3+Mo3Si+Mo→Mo3Si+Mo5Si3+MoSi2→Mo5Si3+MoSi2→MoSi2+Si→Si的梯度变化规律。对Mo-MoSi2功能梯度材料的金相组织进行了研究。确定:腐蚀剂（硝酸12ml+氢氟酸12ml+甘油18ml）和腐蚀时间（30s）;各种电沉积工艺条件下,沉积层晶粒生长趋势大多以稳定的柱状晶形式为主;在D>0、t1/t2=6/4、120min、800～850℃和1000A.m-2时,电沉积效果最佳。采用部分极图法对Mo-MoSi2功能梯度材料的织构进行研究。结果表明:晶粒生长过程受电场作用形成连续紧密的柱状晶薄膜,而且电流密度和温度对沉积层织构的形成及织构度都有一定的影响。采用三点弯曲法和维氏显微硬度法分别对Mo-MoSi2功能梯度材料的抗弯性能和表面硬度进行测量。结果表明:功能梯度材料的抗弯强度主要由钼基体提供,而且比硅钼棒的抗弯强度大得多;表面维氏显微硬度比沉积前增加了一倍;最佳制备工艺为:脉冲方波、850℃、1000A·m-2、t1/t2=2;热处理反而降低材料的表面硬度。采用弯曲法、压痕法、锉刀法、划痕法以及热震性试验法分别对Mo-MoSi2功能梯度材料沉积层与基体的界面结合强度进行检测。结果表明:沉积层与基体通过扩散结合和外延生长结合的综合作用紧密结合在一起,材料具有优异的结合性能。采用氧化增重法对功能梯度材料的低、高温抗氧化性进行了研究,并通过各种检测方法着重分析了功能梯度材料氧化机理。结果表明,功能梯度材料在低温和高温条件下均表现出优良的抗氧化性能,表面生成大量的SiO2,既能够防止钼基体的在800℃左右的毁灭性挥发,又使MoSi2不会出现“粉化瘟疫”现象,完全能够达到使用的条件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 功能梯度材料的现状
• 1.1.1 功能梯度材料及其应用
• 1.1.2 功能梯度材料制备方法的现状
• 1.1.3 功能梯度材料研究的发展方向
• 1.2 熔盐电沉积
• 1.2.1 熔盐体系
• 1.2.2 熔盐电沉积硅
• 1.3 测试技术
• 2 梯度层的热力学研究'>2 Mo-MoSi₂梯度层的热力学研究
• 2.1 热力学计算
• 2.1.1 热力学计算基础
• 2.1.2 Mo-Si 体系中的化学反应及热力学计算
• 2.2 MO、SI 含量对梯度层不同深度物质组成的影响
• 2.2.1 计算条件
• 2.2.2 计算方法与计算结果
• 2.3 小结
• 2 功能梯度材料的制备以及显微组织的研究'>3 Mo-MoSi₂功能梯度材料的制备以及显微组织的研究
• 2 功能梯度材料的制备'>3.1 Mo-MoSi₂功能梯度材料的制备
• 3.1.1 材料制备
• 3.1.2 试样初步分析
• 2 功能梯度材料显微组织的研究'>3.2 Mo-MoSi₂功能梯度材料显微组织的研究
• 3.2.1 Mo-MoSi2 功能梯度材料金相组织的研究
• 3.2.2 织构
• 3.3 小结
• 2 功能梯度材料的性能'>4 Mo-MoSi₂功能梯度材料的性能
• 4.1 抗弯能力
• 4.1.1 尺寸的确定以及试验过程
• 4.1.2 不同物质的抗弯性能
• 4.1.3 实验结果
• 4.2 硬度
• 4.2.1 检测方法及具体试验过程
• 4.2.2 实验结果
• 4.3 结合强度
• 4.3.1 弯曲法
• 4.3.2 压痕法
• 4.3.3 锉刀法
• 4.3.4 划痕法
• 4.3.5 热震性试验
• 4.4 低温抗氧化性能
• 4.4.1 MoSi2 在空气中加温氧化热力学分析
• 4.4.2 试验方法及设备
• 4.4.3 低温抗氧化性能试验
• 4.5 高温抗氧化性能
• 4.5.1 高温抗氧化性能试验
• 4.5.2 高温抗氧化性分析
• 4.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集