多元铜镍基合金的高温氧化行为研究

发布时间：2017-10-24 12:03

  本文关键词：多元铜镍基合金的高温氧化行为研究

  更多相关文章： 多元铜镍基合金 组织结构 硬度 高温氧化

【摘要】：本文采用真空熔炼炉制备多元铜镍基合金,并对合金进行均匀化处理。利用金相显微镜、XRD、SEM和显微硬度计对多元铜镍基合金的组织结构、硬度和高温氧化行为进行了研究。研究结果表明Si元素能显著提高铜镍合金的硬度,但不能提高铜镍合金的高温抗氧化性能,Cr、Al、Zr、稀土等元素对合金的高温抗氧化性能均有不同程度的提高。(1)Cu-Ni-Cr合金的铸态组织由α-Cu相和β-Cr相组成,退火后,合金的显微组织细化,一部分Cr被固溶在α-Cu相中。Cu-Ni-Cr合金在高温氧化过程中容易产生氧化脱落,其抗氧化性能较差。(2)Cu-Ni-Cr合金中添加铝元素,Al含量为4wt.%时,合金组织中产生少量的Ni Al相,Ni Al相的含量随着Al含量增加而增加。Al含量为8wt.%时,Ni Al相在退火后全部固溶于基体中,Al元素的添加使β相成小颗粒均匀分布于基体上。Al含量为12wt.%时,退火后有Ni Al相在晶界处析出。实验结果表明合金中添加8wt.%Al元素为合适,氧化时在合金表面形成Al2O3膜层,对合金的抗氧化性能有一定的提高。(3)Cu-Ni-Cr-Al合金中添加硅元素,合金的组织中生成Ni2Si相,随着合金中Si元素的增加Ni Al相逐渐减少,Ni2Si相强度比基体相高,起到第二相强化的作用,使合金的硬度显著增大。而合金氧化实验表明Si元素添加进Cu-Ni-Cr-Al合金中不能改善合金的氧化性能。(4)Cu-Ni-Cr-Al合金中添加锆元素,合金织中Zr元素主要聚集在晶界上。试验温度为700℃时,铝的氧化物主要以θ-Al2O3等亚稳相存在,氧化过程中部分θ相转变为α-Al2O3,发生体积收缩,产生氧化物开裂与剥落。试验温度为800℃时,在合金表面快速形成连续的Al2O3氧化物膜,在氧化膜下形成了颗粒状的富Cr氧化物的内氧化层。试验温度为850℃时Al2O3氧化膜和富Cr内氧化层厚度均增大。850℃氧化温度下,有利于θ-Al2O3亚稳相快速转变为α-Al2O3或Al、O原子直接生成α-Al2O3。(5)Cu-Ni-Cr-Al-Zr合金中添加少量稀土元素Ce,Ce与合金中的各元素形成高熔点化合物,这些化合物常以极微细颗粒悬浮于熔体之中,氧化时阻碍Cr、Al和其他元素的扩散,在合金表面很快形成一层薄的Cr2O3氧化膜,不能完全阻止氧和金属原子的扩散,合金中的Al向表面扩散。表面的Cr2O3氧化膜上形成了一层Al2O3氧化膜。Cr2O3氧化膜和Al2O3氧化膜非常薄与基体结合紧密,提高了氧化膜与基体合金的粘附性能和抗高温氧化性能。
【关键词】：多元铜镍基合金 组织结构 硬度 高温氧化
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.11
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 引言12
• 1.2 高温氧化12-19
• 1.2.1 高温氧化定义12-13
• 1.2.2 合金氧化的热力学13-14
• 1.2.3 合金氧化的动力学14-16
• 1.2.4 氧化膜的完整性和保护性16-18
• 1.2.5 提高合金抗氧化的可能途径18-19
• 1.3 合金元素对铜基合金高温氧化性能的影响19-21
• 1.4 研究意义及研究内容21-24
• 1.4.1 研究意义21-22
• 1.4.2 研究内容22-24
• 第二章 实验材料与实验方法24-28
• 2.1 实验材料及设备24-25
• 2.1.1 实验材料24
• 2.1.2 实验设备24-25
• 2.2 实验方法25-27
• 2.2.1 技术路线25
• 2.2.2 铜镍基合金的制备25-26
• 2.2.3 均匀化退火26
• 2.2.4 微观组织分析26-27
• 2.2.5 显微硬度测量27
• 2.2.6 合金的氧化实验27
• 2.2.7 氧化膜形貌、成分和组织结构27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 铜镍基合金的组织结构与硬度28-42
• 3.1 Cu-Ni-Cr合金的微观组织28-29
• 3.1.1 合金的铸态组织28
• 3.1.2 合金的退火组织28-29
• 3.2 Cu-Ni-Cr-Al合金的微观组织29-32
• 3.2.1 合金的铸态组织29-30
• 3.2.2 合金的退火组织30-31
• 3.2.3 合金的硬度31-32
• 3.3 Cu-Ni-Cr-Al-Si合金的微观组织32-34
• 3.3.1 合金的铸态组织32-33
• 3.3.2 合金的退火组织33-34
• 3.3.3 合金的硬度34
• 3.4 Cu-Ni-Cr-Al-Zr合金的微观组织34-37
• 3.4.1 合金的铸态组织34-35
• 3.4.2 合金的退火组织35-37
• 3.4.3 合金的硬度37
• 3.5 Cu-Ni-Cr-Al-Zr-Ce合金的微观组织37-40
• 3.5.1 合金的铸态组织37-38
• 3.5.2 合金的退火组织38-39
• 3.5.3 合金的硬度39-40
• 3.6 本章小结40-42
• 第四章 合金的高温氧化性能42-70
• 4.1 Cu-Ni-Cr合金的高温氧化42-45
• 4.1.1 氧化动力学曲线42-43
• 4.1.2 氧化膜的表面形貌43-44
• 4.1.3 分析与讨论44-45
• 4.2 Cu-Ni-Cr-Al合金的高温氧化45-54
• 4.2.1 合金的高温氧化45-47
• 4.2.1.1 氧化动力学曲线45-46
• 4.2.1.2 氧化膜形貌和组成46-47
• 4.2.2 合金的高温氧化47-50
• 4.2.2.1 氧化动力学曲线47-48
• 4.2.2.2 氧化膜形貌和组成48-50
• 4.2.3 合金的高温氧化50-52
• 4.2.3.1 氧化动力学曲线50-51
• 4.2.3.2 氧化膜形貌和组成51-52
• 4.2.4 分析与讨论52-54
• 4.3 Cu-Ni-Cr-Al-Si合金的高温氧化54-56
• 4.3.1 氧化动力学曲线54-55
• 4.3.2 氧化膜形貌和组成55-56
• 4.3.3 分析与讨论56
• 4.4 Cu-Ni-Cr-Al-Zr合金的高温氧化56-65
• 4.4.1 合金的高温氧化56-59
• 4.4.1.1 氧化动力学曲线56-57
• 4.4.1.2 氧化膜形貌和组成57-59
• 4.4.2 合金的高温氧化59-62
• 4.4.2.1 氧化动力学曲线59-60
• 4.4.2.2 氧化膜的表面与截面形貌60-62
• 4.4.3 合金的高温氧化62-64
• 4.4.3.1 氧化动力学曲线62-63
• 4.4.3.2 氧化膜形貌和组成63-64
• 4.4.4 分析与讨论64-65
• 4.5 Cu-Ni-Cr-Al-Zr-Ce合金的高温氧化65-68
• 4.5.1 氧化动力学曲线65-66
• 4.5.2 氧化膜的表面形貌66-67
• 4.5.3 分析与讨论67-68
• 4.6 本章小结68-70
• 第五章 结论与展望70-72
• 5.1 结论70-71
• 5.2 展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-78
• 附录：攻读硕士期间发表的论文和参与科研项目78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 曹中秋,曹丽杰,牛焱;晶粒细化对Cu-45Ni-30Cr合金抗高温氧化性能的影响[J];材料保护;2005年06期

2 曹中秋,牛焱,吴维;不同方法制备的Cu-Ni合金氧化行为研究[J];稀有金属材料与工程;2005年04期

3 石忠宁,徐君莉,高炳亮,邱竹贤;Cu-Ni-Al惰性金属阳极铝电解应用测试[J];东北大学学报;2003年04期

4 曹中秋,牛焱,吴维鈸,王崇琳;晶粒尺寸对Cu-60Ni合金高温氧化行为的影响[J];腐蚀科学与防护技术;2001年02期

5 夏静;;压铸模具材料的性能分析与合理选用[J];装备制造技术;2011年10期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 邹彬;Cu-Cr-Zr合金制备及其组织性能研究[D];大连理工大学;2011年

，

本文编号：1088643