含稀土、钙元素的镍基单晶高温合金与铸型界面反应研究及氧化行为评价
发布时间：2022-10-29 15:52
镍基高温合金具有优异的高温抗氧化性、耐腐蚀性和力学性能,广泛应用在能源动力、化工、航空等领域。在镍基高温合金中,稀土添加可提高合金的综合性能,尤其是对合金的高温抗氧化性具有显著的提升作用。然而在制备镍基高温合金过程中,由于稀土元素活性高在熔铸环境下极易被烧损,一方面造成稀土元素的损失,严重影响稀土元素对镍基高温合金的改性作用;另一方面,稀土元素活性强,极易向合金表面偏聚与铸模坩埚材料发生界面反应破坏合金表面质量。在稀土添加提高镍基单晶高温合金综合性能的同时,减少因稀土活性强而造成的元素烧损及界面反应十分重要。本文在第二代镍基单晶高温合金中添加Y、Y+La、Y+Ca和Y+La+Ca（各元素添加的质量分数均为0.12%）,采用熔模铸造法制备出四种不同元素成分的镍基单晶高温合金铸件。无Ca添加时,比较单一添加Y和复合添加Y+La的高温合金与Al2O3基型壳间的界面反应情况,通过对合金与型壳间界面处的形貌、组织观察和界面反应产物测定,了解稀土元素间的协同作用,并进行热力学计算分析其作用机理。添加Ca后,测定镍基单晶高温合金在Ca添加前后的稀土含量,计...
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 镍基高温合金的应用及制备
1.2 稀土元素对镍基高温合金的影响
1.2.1 稀土元素对合金性能的作用
1.2.2 稀土元素烧损
1.3 合金与陶瓷间界面反应研究现状
1.3.1 界面反应机理概述
1.3.2 镍基合金与陶瓷铸模间界面反应的影响因素
1.3.3 稀土元素对界面反应的影响
1.4 镍基高温合金的氧化
1.4.1 合金高温氧化热力学
1.4.2 合金高温氧化动力学
1.4.3 高温合金氧化研究现状
1.5 稀土元素对合金高温氧化的影响
1.5.1 稀土元素对合金氧化膜生长速率的影响
1.5.2 稀土元素对氧化膜抗剥落能力的影响
1.5.3 稀土元素复合添加对高温合金氧化行为的影响
1.6 本课题研究目的、意义及主要内容
第二章 试验材料及研究方法
2.1 试验材料及设备
2.1.1 试验材料
2.1.2 试样制备
2.1.3 试验设备
2.2 试验内容及方法
2.2.1 循环氧化试验
2.2.2 技术路线
2.3 试验测试及分析
2.3.1 显微组织及成分分析
2.3.2 XPS分析
2.3.3 TEM分析
2.3.4 XRD分析
第三章 含Y、La镍基合金界面反应及氧化行为
3.1 定向凝固过程中合金与Al2O3型壳间的界面反应
3.1.1 界面反应层的微观形貌及元素分布分析
3.1.2 界面反应产物的价态分析
3.1.3 界面反应产物物相分析
3.1.4 热力学计算分析
3.2 含稀土高温合金在1100oC的循环氧化行为
3.2.1 高温氧化动力学
3.2.2 氧化膜表面的物相分析
3.2.3 合金表面氧化膜形貌及成分分析
3.3 本章小结
第四章 添加Ca含稀土元素合金界面反应及氧化行为
4.1 定向凝固过程中合金与Al2O3型壳间的界面反应行为
4.1.1 Ca对合金中稀土元素收得率的影响
4.1.2 界面反应产物的价态分析
4.2 含稀土高温合金在1100oC的循环氧化行为
4.2.1 高温氧化动力学
4.2.2 氧化膜表面的物相分析
4.2.3 合金表面氧化膜形貌及成分分析
4.2.4 氧化膜截面微观形貌及成分分析
4.3 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机用高温合金材料的应用及发展情况[J]. 李承昊. 中国战略新兴产业. 2017(44)
[2]Y合金化对电热丝用镍基高温合金显微组织与性能的影响[J]. 冉春雨,崔正旭,王迪,刘扬,赵雪艳. 铸造技术. 2017(09)
[3]Oxidation Behavior of the Nickel-Based Superalloy DZ125 at 980℃[J]. Ye-Bing Hu,Li Zhang,Cong-Qian Cheng,Peng-Tao Zhao,Guang-Ping Guo,Jie Zhao. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(09)
[4]溅射Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层对镍基合金在1000℃氧化行为的影响[J]. 卢旭东,杨科慧. 材料导报. 2016(22)
[5]熔模铸造高温合金与陶瓷材料界面反应研究进展[J]. 陈晓燕,肖旅,余建波,孙宝德,李飞. 特种铸造及有色合金. 2016(08)
[6]TbDyFe中稀土元素的烧损对组织和性能的影响[J]. 邓仲华,姚志浩,董建新,国为民. 材料工程. 2016(08)
[7]一种添加微量混合稀土镍基高温合金在950~1150℃下的氧化行为（英文）[J]. 刘龙飞,吴树森,陈阳,吕书林. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(04)
[8]SiO2-ZrO2陶瓷型芯与DZ125,DD5和DD6三种铸造高温合金的界面反应[J]. 王丽丽,李嘉荣,唐定中,刘世忠. 材料工程. 2016(03)
[9]Effect of C and Hf Contents on the Interface Reactions and Wettability between a Ni3Al-Based Superalloy and Ceramic Mould Material[J]. Xiaoyan Chen,Yizhou Zhou,Tao Jin,Xiaofeng Sun. Journal of Materials Science ＆ Technology. 2016(02)
[10]溅射AlY涂层对Ni基合金氧化行为的影响[J]. 付广艳,孟德松,苏勇,祁泽艳,李雨莎. 稀有金属材料与工程. 2015(10)
博士论文
[1]稀土Y对GH3535高温合金微观结构和抗高温腐蚀性能的影响[D]. 李晓丽.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2015
硕士论文
[1]含稀土元素Ni-10Cr-5Al合金高温氧化行为研究[D]. 黄嘉鹏.江西理工大学 2017
[2]陶瓷型壳的制备及其与定向合金的界面反应研究[D]. 姚建省.天津大学 2008
[3]定向凝固过程中陶瓷与高温合金界面研究[D]. 薛明.清华大学 2007
本文编号：3697979
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 镍基高温合金的应用及制备
1.2 稀土元素对镍基高温合金的影响
1.2.1 稀土元素对合金性能的作用
1.2.2 稀土元素烧损
1.3 合金与陶瓷间界面反应研究现状
1.3.1 界面反应机理概述
1.3.2 镍基合金与陶瓷铸模间界面反应的影响因素
1.3.3 稀土元素对界面反应的影响
1.4 镍基高温合金的氧化
1.4.1 合金高温氧化热力学
1.4.2 合金高温氧化动力学
1.4.3 高温合金氧化研究现状
1.5 稀土元素对合金高温氧化的影响
1.5.1 稀土元素对合金氧化膜生长速率的影响
1.5.2 稀土元素对氧化膜抗剥落能力的影响
1.5.3 稀土元素复合添加对高温合金氧化行为的影响
1.6 本课题研究目的、意义及主要内容
第二章 试验材料及研究方法
2.1 试验材料及设备
2.1.1 试验材料
2.1.2 试样制备
2.1.3 试验设备
2.2 试验内容及方法
2.2.1 循环氧化试验
2.2.2 技术路线
2.3 试验测试及分析
2.3.1 显微组织及成分分析
2.3.2 XPS分析
2.3.3 TEM分析
2.3.4 XRD分析
第三章 含Y、La镍基合金界面反应及氧化行为
3.1 定向凝固过程中合金与Al2O3型壳间的界面反应
3.1.1 界面反应层的微观形貌及元素分布分析
3.1.2 界面反应产物的价态分析
3.1.3 界面反应产物物相分析
3.1.4 热力学计算分析
3.2 含稀土高温合金在1100oC的循环氧化行为
3.2.1 高温氧化动力学
3.2.2 氧化膜表面的物相分析
3.2.3 合金表面氧化膜形貌及成分分析
3.3 本章小结
第四章 添加Ca含稀土元素合金界面反应及氧化行为
4.1 定向凝固过程中合金与Al2O3型壳间的界面反应行为
4.1.1 Ca对合金中稀土元素收得率的影响
4.1.2 界面反应产物的价态分析
4.2 含稀土高温合金在1100oC的循环氧化行为
4.2.1 高温氧化动力学
4.2.2 氧化膜表面的物相分析
4.2.3 合金表面氧化膜形貌及成分分析
4.2.4 氧化膜截面微观形貌及成分分析
4.3 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机用高温合金材料的应用及发展情况[J]. 李承昊. 中国战略新兴产业. 2017(44)
[2]Y合金化对电热丝用镍基高温合金显微组织与性能的影响[J]. 冉春雨,崔正旭,王迪,刘扬,赵雪艳. 铸造技术. 2017(09)
[3]Oxidation Behavior of the Nickel-Based Superalloy DZ125 at 980℃[J]. Ye-Bing Hu,Li Zhang,Cong-Qian Cheng,Peng-Tao Zhao,Guang-Ping Guo,Jie Zhao. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(09)
[4]溅射Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层对镍基合金在1000℃氧化行为的影响[J]. 卢旭东,杨科慧. 材料导报. 2016(22)
[5]熔模铸造高温合金与陶瓷材料界面反应研究进展[J]. 陈晓燕,肖旅,余建波,孙宝德,李飞. 特种铸造及有色合金. 2016(08)
[6]TbDyFe中稀土元素的烧损对组织和性能的影响[J]. 邓仲华,姚志浩,董建新,国为民. 材料工程. 2016(08)
[7]一种添加微量混合稀土镍基高温合金在950~1150℃下的氧化行为（英文）[J]. 刘龙飞,吴树森,陈阳,吕书林. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(04)
[8]SiO2-ZrO2陶瓷型芯与DZ125,DD5和DD6三种铸造高温合金的界面反应[J]. 王丽丽,李嘉荣,唐定中,刘世忠. 材料工程. 2016(03)
[9]Effect of C and Hf Contents on the Interface Reactions and Wettability between a Ni3Al-Based Superalloy and Ceramic Mould Material[J]. Xiaoyan Chen,Yizhou Zhou,Tao Jin,Xiaofeng Sun. Journal of Materials Science ＆ Technology. 2016(02)
[10]溅射AlY涂层对Ni基合金氧化行为的影响[J]. 付广艳,孟德松,苏勇,祁泽艳,李雨莎. 稀有金属材料与工程. 2015(10)
博士论文
[1]稀土Y对GH3535高温合金微观结构和抗高温腐蚀性能的影响[D]. 李晓丽.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2015
硕士论文
[1]含稀土元素Ni-10Cr-5Al合金高温氧化行为研究[D]. 黄嘉鹏.江西理工大学 2017
[2]陶瓷型壳的制备及其与定向合金的界面反应研究[D]. 姚建省.天津大学 2008
[3]定向凝固过程中陶瓷与高温合金界面研究[D]. 薛明.清华大学 2007
本文编号：3697979
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