轻质化MA/ODS镍基高温合金的制备及组织性能热稳定的研究

论文摘要

本文首先综述了MA/ODS镍基高温合金的研究现状、进展及应用前景。在此基础上,采用粉末冶金的方法制备了轻质化MA/ODS镍基高温合金,通过对所制备试样力学性能、微观组织成分、断口形貌等分析表征,研究了各项冶金工艺,包括纳米Y2O3添加量、机械合金化（Mechanical Alloying,简称MA）工艺、模压成型工艺、烧结工艺、热等静压工艺和后期热处理工艺等对合金力学性能、显微组织产生的影响及其原因,并通过高温氧化实验探讨了合金的高温氧化行为,为合金的高温热稳定性能研究打下了基础。对比了不同球磨工艺下所得粉末的特性和烧结性能。所有球磨工艺均采用直径分别为Φ6、Φ10、Φ20的小中大玛瑙球进行搭配,球料比20:1,球磨时间48h,主要考察球磨转速、过程控制剂（Process Control Agents,简称PCA）及其添加方式对粉末特性的影响。采取球磨转速为220rpm,先干磨43h,再加入2wt%的酒精继续球磨5h的球磨工艺可以获得活性高、颗粒细小且分散性较好的混合粉末,而采用球磨转速为300rpm,添加2wt%的酒精作为过程控制PCA,球磨48h的球磨工艺可以得到粒度分布均匀的层片状粉末。利用超固相线液相烧结的方法制备出了不同Y2O3含量的ODS镍基高温合金,其中含1.5wt%Y2O3,在1265℃下保温2h真空烧结得到的镍基高温合金试样具有较佳的综合性能,其相对密度为98.13%,抗拉强度为770MPa,经后续热等静压（Hot Isostatic Pressing,简称HIP）处理后试样抗拉强度提高到838MPa。随着Y2O3含量的增加适当提高合金的烧结温度可以获得相对密度更高的试样,含5wt% Y2O3合金试样获得最优相对密度（96.79%）的烧结温度为1285℃,最佳烧结温度为粉末熔点附近（+10℃15℃）。对添加Al、Ti元素和纳米Y2O3的合金,经1265℃烧结后再通过如下热处理:固溶处理温度1200℃,保温4h,然后空冷至室温,时效处理温度900℃,保温16h后空冷至室温,析出了沉淀强化的第二相Ni3（Al,Ti）--γ′,室温拉伸性能得到了较大的提升。选用在不同烧结温度下制备的相对密度最优的合金试样进行高温氧化实验,实验温度为1000℃,氧化时间100h。通过分析合金的氧化动力学曲线,观察氧化膜的完整性,分析对比了氧化膜成分,氧化膜厚度、致密程度以及与基体粘结性随Y2O3含量变化的关系,比较了基体合金与含Y2O3合金抗氧化性能的优劣,同时运用多种理论阐述了弥散的稀土氧化物改善合金抗高温氧化的机理,确定了Y2O3的最佳添加量。通过对纳米Y2O3粉末的进行表面改性（包括粗化及敏化、活化处理）和化学镀镍处理,含5wt%镀镍Y2O3合金相对密度从未镀镍之前的96.87%上升到98.13%,随着孔隙度的减少,相对密度的提高,合金试样的显微硬度及室温拉伸性能均得到了大幅度的提高,分别达到404.6HV和764MPa。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源、研究背景、意义和目的
• 1.2 MA/ODS 镍基高温合金的国内外研究现状
• 1.3 合金的高温氧化
• 1.4 纳米氧化物粉体的表面改性与化学镀镍
• 1.5 研究内容
• 1.6 关键技术
• 1.7 技术路线
• 2 轻质化MAA/ODS 镍基高温合金的制备工艺及测试方法
• 2.1 制备工艺
• 2.2 测试方法
• 2O₃ 合金的力学性能及组织成分分析'>3 添加纳米Y₂O₃合金的力学性能及组织成分分析
• 3.1 引言
• 3.2 MA 工艺对MA/ODS 镍基高温合金组织及性能的影响
• 3.3 压制工艺对压坯相对密度的影响
• 2O₃ 含量和热等静压处理对MA/ODS镍基高温合金组织及性能的影响'>3.4 烧结工艺、Y₂O₃含量和热等静压处理对MA/ODS镍基高温合金组织及性能的影响
• 3.5 本章小结
• 4 MA/ODS 镍基高温合金的固溶时效研究
• 4.1 引言
• 4.2 MA/ODS 镍基高温合金的热处理
• 4.3 本章小结
• 5 MA
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.3 MA/ODS 镍基高温合金氧化动力学曲线分析
• 5.4 氧化膜组成及微观形貌
• 5.5 本章小结
• 20₃ 粉末的改性与镍包覆及对合金组织性能的影响'>6 纳米Y₂0₃粉末的改性与镍包覆及对合金组织性能的影响
• 6.1 引言
• 6.2 实验方法
• 6.3 实验结果与讨论
• 6.4 本章小结
• 7 全文总结
• 7.1 本文主要结论
• 7.2 本文的创新点
• 7.3 实验中仍存在的问题及其原因
• 7.4 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间取得的学术成果