三元层状MoA1B合金的力学与抗氧化性能研究
发布时间：2021-09-19 17:33
MoAlB是一种MAB相的材料,属于金属陶瓷类型,具有良好的力学性能以及高温抗氧化能力,因此有望被应用于高温结构材料领域。制备纯度高、性能优良的高致密MoAlB材料是目前国内外研究热点方向之一。本文采用热压烧结工艺制备三元层状化合物MoAlB,通过研究原料配比与工艺参数对相组成的影响,确定了最佳的原料配比和制备工艺参数。研究了不同氧化镧掺杂量的MoAlB合金物相组成、微观组织、力学及高温抗氧化性能,揭示了氧化镧含量对MoAlB合金组织和性能的影响规律,并讨论了 MoAlB和MoAlB-La2O3合金的高温抗氧化机制。研究表明,采用三种单质粉末热压制备MoAlB合金,可以得到性能良好的MoAlB合金,当成分配比为Mo:Al:B=1:1.1:1时,制备的合金主相为MoAlB相,纯度高。随着氧化镧含量的增加,MoAlB合金晶粒尺寸逐渐细化。室温力学性能测试结果表明,随着氧化镧含量的增加,合金的密度、显微硬度、室温抗压强度及抗弯强度得到提升,断裂韧性提高幅度较小。当氧化镧掺杂量为0.9wt.%时力学性能（抗压强度和抗弯强度分别为2008MPa、396MPa）整体优于其余掺杂量的合金。观察断口形...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MoAlB晶体结构示意图,(a)MoAlB;(b)MoBFig.1-3CrystalstructureofMoAlB,(a)MoAlB;(b)MoB
西安理工大学硕士学位论文10金微观组织，分析氧化镧对合金微观组织的影响。（3）对MoAlB合金的性能进行检测与分析检测MoAlB合金的密度、硬度，在室温下通过压缩试验测试合金的抗压强度，运用三点弯法测试合金抗弯强度和断裂韧性，分析微观组织与性能之间的关系。对制备的MoAlB合金进行恒温氧化实验，记录恒温氧化实验的增重曲线，分析氧化后MoAlB合金的表面形貌、氧化层厚度以及物相组成，研究不同氧化镧含量的MoAlB合金的氧化过程和氧化规律。（4）对MoAlB合金的氧化机理进行研究利用XRD分析不同氧化时间后的氧化产物，采用扫描电子显微镜观察合金氧化后表面及氧化截面的微观组织形貌。研究不同氧化阶段的变化规律，解释MoAlB合金表面氧化膜的成膜机制以及抗氧化机制。1.7技术路线图本文的技术路线图如图1-6所示。图1-6研究技术路线图Fig.1-6Researchtechnologyroadmap
西安理工大学硕士学位论文122.2合金制备以钼（Mo）、铝（Al）、硼（B）三种单质粉末为原料制备MoAlB合金，其纯度分别为Mo≥99.99wt%、Al≥99.9wt%及B≥99.9wt%。每次按照成分设计称取原料粉末共240g，合金制备分为混料和热压烧结两步。（1）混料：按照设计的合金成分称取不同质量的Mo、Al、B及La2O3（第二种制备工艺）粉末，采用型号为QM3-sp2的行星式球磨机进行混料，球磨罐与磨球材质均为玛瑙，其中球料比为1:1，球磨机转速为400rad/min，正反转交替运行，间隔1h休息0.1h，保证罐体不会过热，有效混料时间为8h。为了避免粉末在球磨过程中发生氧化，在球磨罐中通入氩气作为保护气体，使粉末与空气隔绝。（2）退火：使用GSL-1700X型高温管式炉对粉末进行预处理（退火处理），使之生成某些金属间化合物或MoAlB相。退火温度分别为750℃、900℃，保温时间1.5h，升温速率为5℃/min，整个退火工艺在流动氩气气氛下进行。（3）真空热压烧结：结合前期实验以及相关文献（MoAlB相分解温度为1435℃），选择烧结温度为1300℃。具体工艺参数为：烧结温度：1300℃，压力：40MPa，保温保压时间：3h，升温速率：10℃/min，烧结气氛：真空条件，程序结束后，样品随炉冷却。图2-1为MoAlB合金烧结工艺曲线。图2-1真空热压烧结工艺图Fig.2-1Vacuumhot-pressingsinteringprocessdiagram2.3合金物相及显微组织分析2.3.1X射线衍射检测(XRD)采用X射线衍射仪对粉体、合金块体及氧化产物的物相组成进行表征分析。通过Jade软件检索并标定合金的物相，本试验所用仪器为岛津公司制造的XRD-7000S型衍射仪。使用线切割将合金制备成5mm×5mm×10m的块体，将试样从240#砂纸依次打磨至1500#，
【参考文献】：
期刊论文
[1]放电等离子烧结新技术新材料研究现状与发展趋势[J]. 韩翠柳,沈学峰,王衍,杨新宇,潘亚飞,张久兴. 航空制造技术. 2019(22)
[2]纳米陶瓷烧结技术研究进展与展望[J]. 许顺祥,寇华敏,郭亚平,宁聪琴. 硅酸盐学报. 2019(12)
[3]层状陶瓷材料MAX相的摩擦学性能研究进展[J]. 朱元元,周爱国,昝青峰,王李波. 材料导报. 2014(17)
[4]ZrB2-SiC陶瓷材料的力学性能研究[J]. 陈迪,沈水丽,周晓,周苗荣,黄炜锋,马李. 中国陶瓷. 2013(05)
[5]纳米陶瓷材料烧结技术的研究进展[J]. 李翀,武明,赵金龙,王诗阳. 热加工工艺. 2012(24)
[6]Y2O3含量对钼合金组织和性能的影响[J]. 何斌衡,杨海林,阮建明. 粉末冶金材料科学与工程. 2012(02)
[7]解读GB/T232-2010《金属材料 弯曲试验方法》[J]. 李君荣,潘转芳. 理化检验(物理分册). 2011(07)
[8]稀土掺杂对99氧化铍陶瓷性能的影响[J]. 张韶华,钟朝位,张树人,梁剑. 真空电子技术. 2009(04)
[9]La2O3掺杂对SnO2基陶瓷显微结构与电阻率的影响[J]. 梅松柏,宁伟,汪庆卫,蒋守宏. 人工晶体学报. 2009(04)
[10]Y2O3对Cr-Nb合金高温抗氧化性能作用机制的研究[J]. 苏倩,鲁世强,刘志和,郑海忠. 航空材料学报. 2008(06)
博士论文
[1]粉末冶金法制备的Nb-Ti-Si基超高温合金的组织和性能[D]. 张立京.西北工业大学 2018
[2]Ti2AlC和Cr2AlC材料热力学、制备及抗氧化性能研究[D]. 陈洋.北京有色金属研究总院 2012
硕士论文
[1]MAB材料的合成与性能研究[D]. 刘杰.北京交通大学 2018
[2]La2O3，Y2O3，CeO2掺杂对氧化铝陶瓷结构与性能的影响[D]. 杨尚余.太原理工大学 2018
[3]Si含量对Mo-Si-B-La2O3合金的微观组织、力学性能以及抗氧化性能影响[D]. 钱政.西安理工大学 2017
[4]三元层状陶瓷Fe2AlB2的制备与力学行为研究[D]. 李宁.哈尔滨工业大学 2017
[5]Cr2AlC陶瓷材料在不同淬冷介质中热震行为研究[D]. 杜雪松.北京交通大学 2015
[6]添加稀土氧化物BeO陶瓷的无压烧结[D]. 李婷婷.中南大学 2011
本文编号：3402041
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MoAlB晶体结构示意图,(a)MoAlB;(b)MoBFig.1-3CrystalstructureofMoAlB,(a)MoAlB;(b)MoB
西安理工大学硕士学位论文10金微观组织，分析氧化镧对合金微观组织的影响。（3）对MoAlB合金的性能进行检测与分析检测MoAlB合金的密度、硬度，在室温下通过压缩试验测试合金的抗压强度，运用三点弯法测试合金抗弯强度和断裂韧性，分析微观组织与性能之间的关系。对制备的MoAlB合金进行恒温氧化实验，记录恒温氧化实验的增重曲线，分析氧化后MoAlB合金的表面形貌、氧化层厚度以及物相组成，研究不同氧化镧含量的MoAlB合金的氧化过程和氧化规律。（4）对MoAlB合金的氧化机理进行研究利用XRD分析不同氧化时间后的氧化产物，采用扫描电子显微镜观察合金氧化后表面及氧化截面的微观组织形貌。研究不同氧化阶段的变化规律，解释MoAlB合金表面氧化膜的成膜机制以及抗氧化机制。1.7技术路线图本文的技术路线图如图1-6所示。图1-6研究技术路线图Fig.1-6Researchtechnologyroadmap
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【参考文献】：
期刊论文
[1]放电等离子烧结新技术新材料研究现状与发展趋势[J]. 韩翠柳,沈学峰,王衍,杨新宇,潘亚飞,张久兴. 航空制造技术. 2019(22)
[2]纳米陶瓷烧结技术研究进展与展望[J]. 许顺祥,寇华敏,郭亚平,宁聪琴. 硅酸盐学报. 2019(12)
[3]层状陶瓷材料MAX相的摩擦学性能研究进展[J]. 朱元元,周爱国,昝青峰,王李波. 材料导报. 2014(17)
[4]ZrB2-SiC陶瓷材料的力学性能研究[J]. 陈迪,沈水丽,周晓,周苗荣,黄炜锋,马李. 中国陶瓷. 2013(05)
[5]纳米陶瓷材料烧结技术的研究进展[J]. 李翀,武明,赵金龙,王诗阳. 热加工工艺. 2012(24)
[6]Y2O3含量对钼合金组织和性能的影响[J]. 何斌衡,杨海林,阮建明. 粉末冶金材料科学与工程. 2012(02)
[7]解读GB/T232-2010《金属材料 弯曲试验方法》[J]. 李君荣,潘转芳. 理化检验(物理分册). 2011(07)
[8]稀土掺杂对99氧化铍陶瓷性能的影响[J]. 张韶华,钟朝位,张树人,梁剑. 真空电子技术. 2009(04)
[9]La2O3掺杂对SnO2基陶瓷显微结构与电阻率的影响[J]. 梅松柏,宁伟,汪庆卫,蒋守宏. 人工晶体学报. 2009(04)
[10]Y2O3对Cr-Nb合金高温抗氧化性能作用机制的研究[J]. 苏倩,鲁世强,刘志和,郑海忠. 航空材料学报. 2008(06)
博士论文
[1]粉末冶金法制备的Nb-Ti-Si基超高温合金的组织和性能[D]. 张立京.西北工业大学 2018
[2]Ti2AlC和Cr2AlC材料热力学、制备及抗氧化性能研究[D]. 陈洋.北京有色金属研究总院 2012
硕士论文
[1]MAB材料的合成与性能研究[D]. 刘杰.北京交通大学 2018
[2]La2O3，Y2O3，CeO2掺杂对氧化铝陶瓷结构与性能的影响[D]. 杨尚余.太原理工大学 2018
[3]Si含量对Mo-Si-B-La2O3合金的微观组织、力学性能以及抗氧化性能影响[D]. 钱政.西安理工大学 2017
[4]三元层状陶瓷Fe2AlB2的制备与力学行为研究[D]. 李宁.哈尔滨工业大学 2017
[5]Cr2AlC陶瓷材料在不同淬冷介质中热震行为研究[D]. 杜雪松.北京交通大学 2015
[6]添加稀土氧化物BeO陶瓷的无压烧结[D]. 李婷婷.中南大学 2011
本文编号：3402041
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