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超细晶laves相nbcr2颗粒增强Nb基复合材料的制备及其组织性能研究

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航空材料学报 2008年第3期28卷 44-48页

作者：肖璇鲁世强胡平黄铭刚李鑫南昌航空大学材料学院

采用机械合金化+热压工艺制备了laves相nbcr2增强的Nb基复合材料。研究了Nb-22.5Cr配比成分的Nb,Cr元素粉经MA30h后在1250℃分别热压10min,20min和30min所获得的Nb/nbcr2复合材料的组织和性能。结果表明:三种热压时间均可制备出组织均匀... 详细信息

采用机械合金化+热压工艺制备了laves相nbcr2增强的Nb基复合材料。研究了Nb-22.5Cr配比成分的Nb,Cr元素粉经MA30h后在1250℃分别热压10min,20min和30min所获得的Nb/nbcr2复合材料的组织和性能。结果表明:三种热压时间均可制备出组织均匀,致密度高的Nb/nbcr2复合材料,体积分数约为30%的近等轴状的laves相nbcr2颗粒弥散分布于Nb固溶体基体中。热压20min的试样具有最佳的组织和性能,其laves相nbcr2的晶粒尺寸达到亚微米级,致密度达到99.2%,维氏硬度为9.41GPa,屈服强度为2950 MPa,抗压强度为3345 MPa,塑性应变达到了7.01%,充分实现了laves相nbcr2颗粒强化和细晶强韧化的效果。

关键词：机械合金化热压 laves相nbcr2 Nb基复合材料组织与性能

laves相nbcr2金属间化合物的缺陷结构及其韧化效应

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金属材料研究 2009年第4期35卷 21-26页

作者：聂小武何燕陈芳鲁世强王克鲁湖南铁路科技职业技术学院机电系株洲412000 南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063

缺陷结构对合金的性能有着重要影响。采用机械合金化＋热压粉末冶金工艺制备了laves相nbcr2合金试样，应用X射线和密度测量法研究在laves相固溶度范围内（即Cr含量为61～69（原子数分数，％））nbcr2金属间化合物的缺陷结构。结果表明，... 详细信息

缺陷结构对合金的性能有着重要影响。采用机械合金化＋热压粉末冶金工艺制备了laves相nbcr2合金试样，应用X射线和密度测量法研究在laves相固溶度范围内（即Cr含量为61～69（原子数分数，％））nbcr2金属间化合物的缺陷结构。结果表明，当laves相nbcr2的成分偏离化学计量比33．3Nb-66．7Cr（原子数分数，％）时，合金中存在着反位置缺陷；与其他结构的金属间化合物不同，nbcr2的显微硬度在化学计量处取得最大值9．41kN·mm^-2，断裂韧性在化学计量比处最小为5．55MPam^1／2；随成分偏离化学计量比，nbcr2的脆性度逐渐降低，缺陷的存在对nbcr2具有韧化作用。对laves相nbcr2金属间化合物中的缺陷结构与其力学性能的关系进行了分析。

关键词： laves相nbcr2 点缺陷维氏硬度断裂韧性

合金元素Ni、Mo、Zr对laves相nbcr2化合物组织和性能的影响

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合金元素Ni、Mo、Zr对Laves相NbCr2化合物组织和性能的影响

作者：聂小武南昌航空大学

学位级别：硕士

laves相nbcr化合物具有熔点高、密度适中、优良的高温性能及潜在的高温抗氧化和抗腐蚀性能,具有作为高温结构材料应用的潜力,但因室温脆性大而阻碍了其实用化。如何改善laves相nbcr的室温脆性是目前材料界研究的热点之一。采用机械合金... 详细信息

laves相nbcr化合物具有熔点高、密度适中、优良的高温性能及潜在的高温抗氧化和抗腐蚀性能,具有作为高温结构材料应用的潜力,但因室温脆性大而阻碍了其实用化。如何改善laves相nbcr的室温脆性是目前材料界研究的热点之一。采用机械合金化(球磨时间为20h,球料比为13:1)和热压(温度和保压时间为1250℃×0.5)的粉末冶金工艺制备试样,利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射及能谱分析等手段,首次系统研究了添加Ni、Mo、Zr单种元素及多种元素合金化对laves相nbcr化合物组织和性能的影响。研究结果表明,Nb-Cr-Ni混合粉末球磨20h后,平均晶粒尺寸达到纳米级。电子浓度对nbcr-Ni化合物的laves相稳定性有重要影响,C15向C14完全转变时的电子浓度比文献报道值(5.88)要高,大于6.103;Ni的最佳添加量为4.5wt.%,该化合物(nbcr-4.5wt.%Ni)的致密度为97.79%、维氏硬度为8.67GPa、断裂韧性为6.87 MPa.m1/2、屈服强度为2016MPa、抗压强度为2161MPa、塑性应变为8.21%,增韧机制有细化晶粒、原子替代、固溶强化及裂纹桥接、偏转增韧等。 Nb-Cr-Mo混合粉体球磨20h后,平均晶粒尺寸在50-131nm之间,微观应变在1.0587%以内。Mo的最佳添加量为10.8wt.%,该化合物(nbcr-10.8wt.%Mo)的致密度为93.467%、维氏硬度为10.9GPa、断裂韧性为7.10 MPa.m1/2、屈服强度为2988MPa、抗压强度为3140MPa、塑性应变为8.9%,增韧机制为细化晶粒、原子替代及裂纹桥接、偏转增韧等。 Nb-Cr-Zr混合粉体球磨20h后,平均晶粒尺寸在48-75nm之间,微观应变在1.2100%以内,显微维氏硬度较未球磨粉体显著增大。Zr的最佳添加含量为23.4wt.%,该化合物(nbcr-23.4wt.%Zr)的致密度为94.187%、维氏硬度为9.23GPa、断裂韧性为6.50 MPa.m1/2、屈服强度为1933MPa、抗压强度为1998MPa、塑性应变为6.59%,增韧机制有细化晶粒、原子替代及裂纹桥接、偏转增韧等。对富Cr和富Nb的nbcr合金系,分别经Ni、Mo、Zr合金化后,由于合金化和软第二相作用,增韧效果比化学配比的nbcr合金系更好。 Nb、Cr粉体添加Ni、Mo、Zr多种合金元素后球磨20h,所得球磨粉的平均晶粒尺寸在100-110nm之间,微观应变在0.4000-0.5500%以内。经Ni和Mo合金化的nbcr-10.8wt.%Mo-4.5wt.%Ni化合物的增韧效果最好,其致密度、维氏硬度及断裂韧性分别为96.8%、14.82GPa和7.51 MPa.m1/2,屈服强度、抗压强度及塑性应变分别为3109MPa、3508MPa和10.12%,增韧机制有细化晶粒、原子替代及裂纹桥接、偏转增韧等。

关键词： laves相nbcr2 合金化机械合金化热压粉末冶金

laves相nbcr_2室温脆性的研究进展

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稀有金属材料与工程 2007年第1期36卷 178-183页

作者：郑海忠鲁世强肖旋李鑫王克鲁董显娟南京航空航天大学江苏南京210016 南昌航空工业学院江西南昌330063

对laves相nbcr2及其室温脆性的研究进展进行了综合评述,着重介绍了laves相nbcr2室温致脆的机理及提高其韧性的几种方法,包括细化晶粒、合金化和第二相增韧等,并就目前研究进展中的不足以及今后发展方向提出了一些看法。

关键词： laves相nbcr2 室温脆性增韧研究进展

laves相金属间化合物nbcr2的合金化研究进展

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材料工程 2008年第4期36卷 70-73页

作者：肖璇鲁世强胡平黄铭刚聂小武南京航空航天大学机电学院南京210016 南昌航空大学材料学院南昌330063

综述了laves相nbcr2的合金化增韧机理,评述了各种合金化元素对laves相nbcr2合金相稳定性、组织和力学性能的影响,指出了存在的问题及发展趋势。

关键词： laves相nbcr2 合金化强韧化

laves相nbcr_2金属间化合物的缺陷结构及其韧化效应

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中国有色金属学报 2009年第11期19卷 2000-2005页

作者：聂小武谢珊何燕鲁世强王克鲁湖南铁路科技职业技术学院机械系株洲412000 湖南化工职业技术学院基础科学系株洲412004 南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063

采用机械合金化和热压粉末冶金工艺制备laves相nbcr2合金试样,应用X射线和密度测量法研究在laves相固溶度范围内(即Cr含量为61%～69%(摩尔分数))nbcr2金属间化合物的缺陷结构,并对laves相nbcr2金属间化合物中的缺陷结构与其力学性能的... 详细信息

采用机械合金化和热压粉末冶金工艺制备laves相nbcr2合金试样,应用X射线和密度测量法研究在laves相固溶度范围内(即Cr含量为61%～69%(摩尔分数))nbcr2金属间化合物的缺陷结构,并对laves相nbcr2金属间化合物中的缺陷结构与其力学性能的关系进行分析。结果表明:当laves相nbcr2成分偏离化学计量比为33.3%Nb～66.7%Cr时,合金中存在反位置缺陷;与其它结构的金属间化合物不同,nbcr2的显微硬度在化学计量处取得最大值9.41kN/mm2,断裂韧性在化学计量比处最小为5.55MPa.m1/2;随成分偏离化学计量比,nbcr2脆性度逐渐降低,缺陷的存在对nbcr2具有韧化作用。

关键词： laves相nbcr2 点缺陷维氏硬度断裂韧性

laves相nbcr_2合金的高温力学性能

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特种铸造及有色合金 2015年第4期35卷 414-419页

作者：金坤鹏鲁世强邓莉萍南昌航空大学材料科学与工程学院

laves相nbcr2合金是一种颇具应用潜力的新型高温结构材料。综述了laves相nbcr2合金在高温力学性能方面的研究状况,主要涉及该合金的高温变形机理以及合金化、材料制备方法和热处理工艺对合金高温力学性能的影响。最后就当前研究中面临... 详细信息

laves相nbcr2合金是一种颇具应用潜力的新型高温结构材料。综述了laves相nbcr2合金在高温力学性能方面的研究状况,主要涉及该合金的高温变形机理以及合金化、材料制备方法和热处理工艺对合金高温力学性能的影响。最后就当前研究中面临的一些问题和今后的发展方向提出了一些建议。

关键词： laves相nbcr2 高温力学性能合金化制备工艺热处理

laves相nbcr_2高温抗氧化性研究的进展

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腐蚀科学与防护技术 2007年第6期19卷 427-431页

作者：郑海忠鲁世强王克鲁苏倩聂小武南昌航空大学

laves相nbcr2的高温抗氧化性能限制了其作为高温结构材料在1200℃以上的应用进程.本文对laves相nbcr2高温抗氧化性的研究进展进行了综合评述,着重介绍了laves相nbcr2高温抗氧化性的影响因素及提高其抗氧化性的几种方法,包括合金化、稀... 详细信息

laves相nbcr2的高温抗氧化性能限制了其作为高温结构材料在1200℃以上的应用进程.本文对laves相nbcr2高温抗氧化性的研究进展进行了综合评述,着重介绍了laves相nbcr2高温抗氧化性的影响因素及提高其抗氧化性的几种方法,包括合金化、稀土元素效应及防护涂层等,并就目前研究进展中的不足以及今后发展方向提出了一些看法.

关键词： laves相nbcr2 高温氧化合金化稀土元素效应防护涂层

基于第一性原理的laves相nbcr2X(X=Si,Ni,V,Mo,Ti和Fe)合金化效应研究

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基于第一性原理的Laves相NbCr2X(X=Si,Ni,V,Mo,Ti和Fe)合金化效应...

作者：黄海堂南昌航空大学

学位级别：硕士

laves相nbcr金属间化合物,因其优良的高温强度、高温抗氧化性和热腐蚀能力,使其在新型高温结构材料领域具有广阔的应用前景。然而,室温脆性的存在使得laves相nbcr金属间化合物无法真正实现工业化应用,并成为其工程应用瓶颈。为探索其合... 详细信息

laves相nbcr金属间化合物,因其优良的高温强度、高温抗氧化性和热腐蚀能力,使其在新型高温结构材料领域具有广阔的应用前景。然而,室温脆性的存在使得laves相nbcr金属间化合物无法真正实现工业化应用,并成为其工程应用瓶颈。为探索其合金化增韧途径,本文基于第一性原理计算方法,研究了合金元素X(X=Si、Ni、V、Mo、Ti和Fe)掺杂改性laves相nbcr金属间化合物形成能力、相稳定性以及断裂韧性;通过计算合金化后nbcrX的形成焓、结合能、弹性模量、原子自由体积、断裂韧性和电子结构等参数,揭示了合金化改善laves相nbcr断裂韧性的微观机制。主要研究结论如下:基于置换固溶方式,构建了不同Si含量(0～20.83 at%)的nbcr(Si)三元合金相晶胞模型,研究了Si元素对nbcr结构稳定性和断裂韧性的影响。结果表明,在掺杂原子的晶格择优方面,Si原子倾向于占据Cr位点。随着Si含量的增加,nbcrSi(x=0～5)相的形成能力和稳定性均得到提升,并与Si含量保持正比例关系。原子自由体积计算表明,nbcrSi相的原子自由体积较nbcr基体相均得到增加。其中,在Si含量为8.33 at%(nbcrSi)时,原子自由体积最大,断裂韧性达到最优。电子结构计算表明,Si合金化使得nbcrSi相的DOS(态密度)曲线向低能级移动,费米能级向赝能隙峰谷靠近,表明nbcr(Si)相稳定性增强。与此同时,所有的成键峰峰高降低、峰形展宽,削弱了Nb-Cr原子的键合强度,使得剪切变形易于进行,从而提高韧性。基于Si掺杂模型,研究了含量为0～25 at%的Ni掺杂对nbcr断裂韧性的影响。结果表明Ni倾向于占据Cr位点,且随着Ni含量的不断增加,理论上都可稳定形成nbcrNi相(x=0～6),但其结构稳定性和形成能力相对初始nbcr都会降低。另外,合金元素Ni可以改善nbcr的断裂韧性,当Ni含量为4.17 at%时,nbcrNi在(100)、(110)和(111)三个Miller指数下的断裂韧性K从1.44 MPa√m、1.37 MPa√m和1.66 MPa√m分别增加到1.45 MPa√m、1.51 MPa√m和1.74 MPa√m。Mulliken布居计算显示,与基体相nbcr相比,nbcrNi相(4.17 at%Ni)在(100)、(110)和(111)三个Miller指数下的R值均更靠近于1,表明其在三个Miller指数下的韧性都得到显著提高。电子结构分析表明,Ni合金化的主要优化作用是对Nb-Cr离子键和Cr-Cr共价键的削弱。基于原子尺寸策略R>R>R(R、R和R分别是Nb、Cr掺杂原子的原子半径),研究了合金元素X(X=V、Mo、Ti和Fe)微合金化对nbcr断裂韧性的影响。结果表明,元素V、Mo和Fe倾向于占据Cr位点,而元素Ti倾向于占据Nb位点。理论上三元合金nbcr(X)均易于形成,但形成能力低于nbcr基体相。力学性能研究表明,合金元素V、Mo和Ti对nbcr的断裂韧性均具有改善作用,合金化后的平均K(K(100)、K(110)和K(111)的平均值)较初始的1.49 MPa√m均有提高,其数值分别为1.55 MPa√m、1.52 MPa√m和1.53 MPa√m。但在元素Fe合金化后,其K仍为1.49 MPa√m,与nbcr基体相相比并没任何变化。Mulliken布居表明,V、Mo和Ti合金化弱化了d电子的杂化反应,削弱了Cr-Cr原子间的强键作用,促进了合金的剪切变形,从而抑制了基体的脆性使得韧性得以提高。同时,这也从电子结构水平上揭示了V、Mo和Ti增韧nbcr的微观机理。

关键词： laves相nbcr2 断裂韧性合金化机制电子结构第一性原理