铱铑合金的制备及性能研究
发布时间：2020-08-09 13:02
【摘要】：随着科科学技术的快速发展,现代工业和一些高端应用领域对具备耐高温、抗氧化及耐腐蚀等性能的新材料提出了越来越急迫的需求。铱([r)属铂族元素,熔点高达2447℃,具有极强的耐腐蚀性和高温热稳定性,铑的熔点为1963℃,在铂族元素中仅次于铱、锇,两者的晶格常数接近,在整个成分范围均能形成固溶体。向铱中加入铑可以极大地提高铱的高温抗氧化性能,所以铱铑合金是在超高温条件下应用的理想材料。热等静压工艺是近几十年发展起来的粉末冶金新技术,在近净成形及难加工材料方面具有其他加工方法所不具备的优势,处理后得到的制件具有均匀的组织和良好的力学性能,在航空航天等特殊领域应用广泛。本论文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了 Rh含量对Ir-Rh合金力学性能的影响并结合铱铑合金氧化的实验结果对Ir-Rh合金的成分进行筛选。理论计算研究结果表明,Ir-Rh合金的强度和硬度随Rh含量的升高迅速增大,在Ir-10Rh处达到最大值后快速下降到Ir-40Rh处后先缓慢上升再缓慢下降。Rh的添加会引起铱铑合金的脆化,其脆性大小随着Rh含量的升高先增大后减小,在Ir-50Rh处达到最高。铱铑合金的高温抗氧化能力随着Rh含量的升高而增强,这是由于Rh元素可以减轻合金高温氧化物的挥发性,从而减轻其在高温氧化条件下的失重,增强其高温抗氧化能力。综合考虑理论计算和氧化实验得到的结果,选择Ir-20Rh作为热等静压技术研究的合金成分。设计不同的混粉工艺和除气工艺研究混粉时间、小球、除气温度对金属粉末性能的影响,寻找最佳混粉及除气工艺。采用冷等静压—烧结—热等静压的工艺路线制备铱铑合金,并对在不同温度和压力下热等静压得到的铱铑合金的致密度和微观组织结构进行分析和表征。在铱铑合金混粉实验中,发现带球混粉混合料达到均匀所需要的时间要比不带球混粉时间短,两种工艺最终得到的混合粉的氧含量相当且基本不变。带球混合得到的金属粉的含氮量要比不带球混稍高,但是经过除气工艺后均能够降低到0.001%以下。所以混粉工艺选择带球混合1Oh。在1200℃除气2h后,再将温度升至1800℃烧结。随着热等静压温度和压力的升高,合金的致密度均会升高,但是由于包套材料的限制,当使用最高温度(1300℃)和最高压力(140MPa)热等静压2h后其致密度只能达到理论密度的95.7%,后期可以通过在更高温度下复压使其升高至理论值。
【学位授予单位】：昆明贵金属研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF125.23
【图文】：
其中Ｉｒ－ｌ0Ｎｂ－５Ｓｉ的变形硬化速率、强度和塑性最高。除了邋ｆｅｅ和Ｌｌ２相晶界的滑逡逑移，具有密集活动面占主导面的立方相的分裂也是Ｉｒ－ｌ0Ｎｂ－５Ｓｉ具有最好的塑性的原因。逡逑Ｉｒ－１０Ｎｂ－５Ｓｉ的断口形貌如图１所示，断口表面由明亮的多面体和网状条纹组成且在断口逡逑表面可以看到晶界剥离的现象。出现晶界剥离现象的主要原因是ｆｅｅ和Ｓｉ相或Ｌｌ２和Ｓｉ逡逑相之间的巨大性能和结构差异，从而导致在高温压缩条件下Ｆ／Ｓ和Ｉ７Ｓ相界面成为裂纹逡逑萌生和传播的主要来源。逡逑４逡逑
典型的热等静压系统如图１．２所示。热等静压系统一般由冷却系统、压缩机、储气逡逑罐、加热炉、真空泵、高压容器和计算机控制系统等组成，其中高压容器是整个热等静逡逑压设备的最关键的装置［４＼其成型的大致工艺过程为：首先，将粉末或零件装入与目标逡逑零件相匹配的包套内，放置在高温环境下进行抽气，达到所需要的真空度后封焊ｒ然后，逡逑将封焊后的包套放入热等静压炉腔内部，对炉腔抽真空后充入气体传力介质。最后升温逡逑升压，由于气体具有热膨胀效应，所以随着温度的升高，炉腔内的压力也会增加［４９］。按逡逑照热等静压工艺要求依次进行升温升压、保温保压和卸压降温三个过程，在保温保压的逡逑过程中，高温高压气体施加在包套之上使其变形，进而促使包套内的粉末或零件收缩变逡逑形
这类缺陷便可以永远地被愈合［４ＳＬ逡逑近净成形技术是指零件通过该技术成形后，仅需少量的其他加工甚至不再加工，就逡逑可作为机械构件而被直接使用的成形技术。图１．３为热等静压近净成形原理示意图［５＼逡逑热等静压近净成形技术将粉末热等静压和现代模具技术融合为一体。其主要工艺过程与逡逑步骤包括粉末制备、包套设计与制造、热等静压实施、包套去除和无损检测等。其具体逡逑工艺路线如下：（１）使用有限元等理论优化设计合适的包套；（２）制造出经计算机模拟逡逑和优化后的包套；（２）：向包套中装填粉末并紧实；（３）对包套内粉末进行除气、密封，逡逑并进行热等静压，最终完成材料制备与零件成型［５１１。逡逑热等静压还有一项重要的应用是材料的连接和复合。采用热等静压技术可以实现两逡逑种不同材料的连接，包括金属－金属、非金属－非金属、非金属－金属的连接。热等静压连逡逑接是最近这些年才发展起来的一项新技术，非常值得应用推广，特别是在民用方面［４Ｂ１。逡逑Ｊｒ逦／ｊ／逡逑}0Ｐ逡逑：＼＇v|勿＾逦懰：名＼＼逡逑＼邋＞邋／／／／／／／／ｙ邋ｖ邋／邋／／Ａ／／／邋／．邋＼邋＾逡逑Ｉ邋一上密封逾：２—商压缸：Ｊ一辨蔽U海匆唬妫妫榱椋停哄义希怠尤忍澹海跺濉祝海贰勰海浮旅芊飧牵唬挂焕蹂义贤迹
本文编号：2787158
【学位授予单位】：昆明贵金属研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF125.23
【图文】：
其中Ｉｒ－ｌ0Ｎｂ－５Ｓｉ的变形硬化速率、强度和塑性最高。除了邋ｆｅｅ和Ｌｌ２相晶界的滑逡逑移，具有密集活动面占主导面的立方相的分裂也是Ｉｒ－ｌ0Ｎｂ－５Ｓｉ具有最好的塑性的原因。逡逑Ｉｒ－１０Ｎｂ－５Ｓｉ的断口形貌如图１所示，断口表面由明亮的多面体和网状条纹组成且在断口逡逑表面可以看到晶界剥离的现象。出现晶界剥离现象的主要原因是ｆｅｅ和Ｓｉ相或Ｌｌ２和Ｓｉ逡逑相之间的巨大性能和结构差异，从而导致在高温压缩条件下Ｆ／Ｓ和Ｉ７Ｓ相界面成为裂纹逡逑萌生和传播的主要来源。逡逑４逡逑
典型的热等静压系统如图１．２所示。热等静压系统一般由冷却系统、压缩机、储气逡逑罐、加热炉、真空泵、高压容器和计算机控制系统等组成，其中高压容器是整个热等静逡逑压设备的最关键的装置［４＼其成型的大致工艺过程为：首先，将粉末或零件装入与目标逡逑零件相匹配的包套内，放置在高温环境下进行抽气，达到所需要的真空度后封焊ｒ然后，逡逑将封焊后的包套放入热等静压炉腔内部，对炉腔抽真空后充入气体传力介质。最后升温逡逑升压，由于气体具有热膨胀效应，所以随着温度的升高，炉腔内的压力也会增加［４９］。按逡逑照热等静压工艺要求依次进行升温升压、保温保压和卸压降温三个过程，在保温保压的逡逑过程中，高温高压气体施加在包套之上使其变形，进而促使包套内的粉末或零件收缩变逡逑形
这类缺陷便可以永远地被愈合［４ＳＬ逡逑近净成形技术是指零件通过该技术成形后，仅需少量的其他加工甚至不再加工，就逡逑可作为机械构件而被直接使用的成形技术。图１．３为热等静压近净成形原理示意图［５＼逡逑热等静压近净成形技术将粉末热等静压和现代模具技术融合为一体。其主要工艺过程与逡逑步骤包括粉末制备、包套设计与制造、热等静压实施、包套去除和无损检测等。其具体逡逑工艺路线如下：（１）使用有限元等理论优化设计合适的包套；（２）制造出经计算机模拟逡逑和优化后的包套；（２）：向包套中装填粉末并紧实；（３）对包套内粉末进行除气、密封，逡逑并进行热等静压，最终完成材料制备与零件成型［５１１。逡逑热等静压还有一项重要的应用是材料的连接和复合。采用热等静压技术可以实现两逡逑种不同材料的连接，包括金属－金属、非金属－非金属、非金属－金属的连接。热等静压连逡逑接是最近这些年才发展起来的一项新技术，非常值得应用推广，特别是在民用方面［４Ｂ１。逡逑Ｊｒ逦／ｊ／逡逑}0Ｐ逡逑：＼＇v|勿＾逦懰：名＼＼逡逑＼邋＞邋／／／／／／／／ｙ邋ｖ邋／邋／／Ａ／／／邋／．邋＼邋＾逡逑Ｉ邋一上密封逾：２—商压缸：Ｊ一辨蔽U海匆唬妫妫榱椋停哄义希怠尤忍澹海跺濉祝海贰勰海浮旅芊飧牵唬挂焕蹂义贤迹
本文编号：2787158
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