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冷加工和热处理对nb及nb合金弹性性能的影响

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金属学报 1992年第1期28卷 A011-A015页

作者：黄特伟冶金工业部钢铁研究总院

研究了冷加工和热处理对nb及两种nb基弹性合金弹性性能(包括弹性极限、弹性模量以及弹模温度系数)的影响。试验结果表明:(1)nb—2Mo—2Zr—1Ti单相合金回复态弹性极限较冷轧态及再结晶态的皆高。时效硬化型合金nb—40Ti—5.5Al,尽管冷... 详细信息

研究了冷加工和热处理对nb及两种nb基弹性合金弹性性能(包括弹性极限、弹性模量以及弹模温度系数)的影响。试验结果表明:(1)nb—2Mo—2Zr—1Ti单相合金回复态弹性极限较冷轧态及再结晶态的皆高。时效硬化型合金nb—40Ti—5.5Al,尽管冷轧态弹性极限较低,但经时效处理,弹性极限增加较多,而弹性模量只有少量变化,从而储能比(σ_?~2/E)大大增加(2)强烈冷变形态及再结晶态纯nb弹性模量随温度变化(E—T)关系皆存在反常升高现象。强烈冷变形态nb经600℃,4h处理,(回复态),E—T反常关系消失;而再结晶nb经600℃,4h处理,反常关系不起变化。本文还讨论了无磁性的nb弹性反常机理。

关键词： nb合金弹性性能冷加工热处理

Zr-Ni钎料钎焊ZrB2-SiC复合陶瓷与nb合金的工艺与机理研究

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Zr-Ni钎料钎焊ZrB2-SiC复合陶瓷与Nb合金的工艺与机理研究

作者：侯静达哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

超高温陶瓷(UHTCs)由于其熔点高、硬度高、高温化学性能稳定等特点备受人们关注,而ZrB-SiC超高温陶瓷更是以其独特的高温稳定性、高电导率与热导率、高强度和高耐腐蚀性受到学者的广泛研究。但由于陶瓷的塑性差及本征脆性限制其应用,而... 详细信息

超高温陶瓷(UHTCs)由于其熔点高、硬度高、高温化学性能稳定等特点备受人们关注,而ZrB-SiC超高温陶瓷更是以其独特的高温稳定性、高电导率与热导率、高强度和高耐腐蚀性受到学者的广泛研究。但由于陶瓷的塑性差及本征脆性限制其应用,而金属强塑性可以弥补陶瓷应用的缺陷,因此实现陶瓷与金属的可靠连接是扩大其应用领域的关键。本研究采用Zr-Ni钎料对ZrB-SiC复合陶瓷与nb合金进行钎焊连接,探究了钎焊温度、保温时间以及钎料厚度对接头组织和力学性能的影响,对其连接机理进行分析,并对接头内部的残余应力进行了模拟分析及控制。结果表明,接头典型结构为ZrB-SiC/nb C+Zr C+ZrSi+ZrB/ZrNi+(Zr,nb)Ni/(Zr,nb)/nb,靠近陶瓷侧形成界面反应层,靠近nb一侧形成扩散层。随着钎焊温度升高、保温时间延长,nb向焊缝内溶解扩散量增多,焊缝的宽度逐渐变厚;焊缝的宽度也随着钎料厚度的增加而增加。ZrB-SiC/nb钎焊接头的力学性能随着钎焊温度升高、保温时间延长以及钎料厚度增加均呈现先升高后降低的趋势。在钎焊温度为1090℃、保温20min、钎料厚度为400μm时,接头的抗剪切性能最高,为95MPa。ZrB-SiC/nb钎焊接头的连接机理为当温度达到钎料熔点后,钎料开始熔化,钎料中的Zr与母材中的Si C反应,在陶瓷界面处生成化合物ZrSi和Zr C,nb元素由于浓度梯度不断向陶瓷侧扩散,冷却凝固后,在陶瓷一侧形成主要由nb C、和Zr C组成的反应层;在金属一侧形成(Zr,nb)扩散层;在焊缝中间位置形成由(Zr,nb)Ni和ZrNi化合物组成的焊缝中间层,最后形成稳定接头。通过有限元模拟软件Abaqus对ZrB-SiC/nb连接体系建模,并对冷却后接头的应力分布及调控进行模拟。随着钎料厚度的增加,陶瓷一侧应力会逐渐降低,棱边最大应力从钎料厚度为60μm的298MPa降到80μm的283MPa,但当钎料厚度增加到90μm后,钎料厚度变化对陶瓷一侧应力影响减弱,应力只降低了2MPa;陶瓷一侧的应力随着反应层厚度的增加而逐渐变小,棱边最大应力水平从反应层厚度10μm的296MPa降到40μm的275MPa。为进一步调控ZrB-SiC/nb接头的残余应力,在钎料层中设计添加了低膨胀中间层Mo,通过接头残余应力分析发现,Mo中间层不仅降低了陶瓷一侧的应力水平,而且改善了陶瓷一侧应力的分布状态。当Mo中间层厚度增加至200μm时,陶瓷棱边最大残余应力由283MPa降至252MPa,最大应力水平降幅达7%。

关键词： ZrB2-SiC陶瓷 nb合金 Zr-Ni钎料钎焊接头组织残余应力

合金元素在nb中的扩散行为及对nb合金改性的第一性原理计算

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合金元素在Nb中的扩散行为及对Nb合金改性的第一性原理计算

作者：胡雨晨桂林电子科技大学

学位级别：硕士

铌合金由于其出色的高温强度及低温塑性,被认为是有潜力应用于热端部件制造的高温合金之一。另外,在众多铌基合金中,铌硅高温合金具有高熔点、低密度等突出特点,在高温材料中脱颖而出,有望成为取代镍基合金的备选材料,但由于室温脆性限... 详细信息

铌合金由于其出色的高温强度及低温塑性,被认为是有潜力应用于热端部件制造的高温合金之一。另外,在众多铌基合金中,铌硅高温合金具有高熔点、低密度等突出特点,在高温材料中脱颖而出,有望成为取代镍基合金的备选材料,但由于室温脆性限制了其进一步的应用,而合金化是提升材料力学性能的有效途径。本文采用第一性原理计算,首先研究了十种元素（Si、Ti、V、Ta、Ru、Cr、Te、Tc、Ir和Y）在nb中的扩散行为,其次计算了nb-Si系金属间化合物的基本性质,最后计算了合金元素（Cr、Ti、Ta、Zr、Y、Ir、Re、Rh、Ru、Te）对nbSi力学性能的影响。得出的主要成果如下:（1）通过第一性原理计算方法,结合BCC晶格九频模型研究了十种合金元素（Si、Ti、V、Ta、Ru、Cr、Te、Tc、Ir和Y）在nb中的扩散行为。计算的Si、Ti、Ru、V和Ta在BCC-nb中的扩散系数与实验结果非常一致,证实了计算结果的可靠性。计算的Cr、Tc、Te、Ir和Y的扩散系数由于没有相应的实验数据,可以作为动力学基础数据。（2）对nb-Si系金属间化合物的基本性质进行了计算,发现nbSi三种结构中α-nbSi的形成能最低,具有最好的热力学稳定性,其次分别是β-nbSi和γ-nbSi。力学性质计算结果表明α-nbSi具有最大的剪切模量、体积模量和杨氏模量,但是其脆性较大。对三种结构的nbSi化合物的计算结果表明它们均具有热力学稳定性。Pm-3n型结构的nbSi的韧性最好,其次是P4/n型和Pm-3m型。nb Si的计算结果显示其也满足力学稳定性条件。nb Si的力学性质计算结果表明其具有较差的韧性。（3）探究了十种元素（Cr、Ti、Ta、Zr、Y、Ir、Re、Ru、Te、Rh）的添加对α-nbSi结构稳定性及力学性能的影响。结果表明Ta、Re、Cr、Ir、Ti、Ru和Rh倾向于占据nb1位置,而Zr和Y则优先占据nb2位置,Te倾向于占据Si1位置。所有合金化后的化合物结构都均是机械稳定的,添加Ir和Te元素后的α-nbSi的韧性最好,其次是Ru,Rh,Re,Y,Cr和Zr元素。

关键词：第一性原理计算 nb合金扩散行为电子结构机械性能

TiConb钎料钎焊ZrB2-SiC陶瓷与nb合金接头的工艺与机理

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TiCoNb钎料钎焊ZrB2-SiC陶瓷与Nb合金接头的工艺与机理

作者：陶锐哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

超高温陶瓷(UHTCs)以其独特的优势越来越受到各国研究者的青睐。其中,ZrB基陶瓷以其特有的高熔点、高硬度、高导热系数、高电导率、低热膨胀系数和相对较低的密度等优点被广泛地应用于耐火材料、电极和航天领域等极端环境下。但是由于... 详细信息

超高温陶瓷(UHTCs)以其独特的优势越来越受到各国研究者的青睐。其中,ZrB基陶瓷以其特有的高熔点、高硬度、高导热系数、高电导率、低热膨胀系数和相对较低的密度等优点被广泛地应用于耐火材料、电极和航天领域等极端环境下。但是由于陶瓷材料的抗冲击性能差和本征脆性,使其加工困难,难于制成结构复杂的部件或者大尺寸零件。采用连接技术组装成复杂结构是解决这类问题的思路之一,除了陶瓷自身的连接构件外,以陶瓷-金属复合层组成的构件也可扩展其多方面的应用。ZrB-SiC复合陶瓷与nb合金的可靠连接可以使这种复合结构更好地应用于极端环境下的高温结构中。本文采用合金熔炼法制备了原子比为Ti35Co35nb30的钎料,并用其实现了ZrB-SiC陶瓷自身及其与nb合金的连接,分别研究了钎料层厚度、钎焊温度和保温时间对接头组织和性能的影响。并且结合热力学分析探讨了钎焊连接机理。采用TiConb钎料钎焊ZrB-SiC陶瓷接头结构主要为:由陶瓷与焊缝的界面生成的(nb,Ti)B、(Ti,nb)C和nb4CoSi组成的反应层,及焊缝中央区域(Ti,nb)2Co、TiCo和nb(s,s)的共晶组织组成。钎焊温度的升高及保温时间的延长使钎料的流失加剧,造成焊缝的宽度降低,同时界面反应层逐渐增厚,随着钎料层厚度和钎焊温度的增加以及保温时间的延长,接头的力学性能呈现先升高后降低的趋势,当钎焊温度为1280℃保温时间10min钎料层厚度为400μm时,接头抗剪强度最高,达到了192.4MPa。采用TiConb钎料钎焊ZrB-SiC陶瓷与nb合金的接头结构主要为:陶瓷与焊缝的界面生成的(Ti,nb)C和(nb,Ti)B组成的反应层、在该反应层靠近焊缝一侧有一层nb5Si3层,以及焊缝中间由nb(s,s)、nb3Si和TiCo组成的共晶组织。随着钎焊温度的升高或保温时间的延长,nb合金向母材的溶解和扩散更充分,界面反应层厚度增加,焊缝的宽度逐渐减小,同时接头中nb5Si3层逐渐变厚;随着钎料层厚度的增加,焊缝的和反应层的宽度逐渐增加,焊缝中的颗粒弥散相ZrC逐渐减少。当钎焊温度为1270℃保温时间为10min钎料层厚度为500μm时,接头抗剪强度最高,达到了98.4MPa。

关键词： ZrB2-SiC陶瓷 nb合金 TiConb钎料微观组织力学性能

nb合金基体等离子喷涂Al2O3涂层制备工艺研究

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Nb合金基体等离子喷涂Al2O3涂层制备工艺研究

nb、nb合金及含nb化合物在超导领域的应用及专利分析

中国核学会2015年学术年会

作者：王振东郑剑平中国原子能科学研究院

本文利用等离子喷涂工艺在铌合金基体上制备了AlO涂层,通过SEM和显微硬度分析对影响喷涂工艺的主要参数进行了研究。研究结果表明:AlO粉末粒度55μm,喷涂距离90 mm,喷涂电流550 A,电压90 V时涂层孔隙率最低,平均结合强度最高。该工艺参... 详细信息

本文利用等离子喷涂工艺在铌合金基体上制备了AlO涂层,通过SEM和显微硬度分析对影响喷涂工艺的主要参数进行了研究。研究结果表明:AlO粉末粒度55μm,喷涂距离90 mm,喷涂电流550 A,电压90 V时涂层孔隙率最低,平均结合强度最高。该工艺参数下制备的AlO涂层,在真空(5×10Pa)下30000℃热冲击20次,涂层与基体结合处无裂纹。

关键词： nb合金等离子喷涂热冲击 Al2O3涂层

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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中国高新技术企业 2013年第26期 25-26页

作者：李欣李飞王燕高峰傅晓亮国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心材料工程发明审查部北京100083 国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心光电技术发明审查部北京100083

文章以涉及nb、nb合金及含nb化合物在超导领域的专利分析为样本,从中外专利申请量、专利申请申请人和申请国别等多种角度剖析了nb、nb合金及含nb化合物在超导领域的整体发展状况。研究表明我国在nb、nb合金及含nb化合物在超导领域的发... 详细信息

文章以涉及nb、nb合金及含nb化合物在超导领域的专利分析为样本,从中外专利申请量、专利申请申请人和申请国别等多种角度剖析了nb、nb合金及含nb化合物在超导领域的整体发展状况。研究表明我国在nb、nb合金及含nb化合物在超导领域的发明专利申请中,科研专利申请份额相当大,但在国内经济发展的趋势下,国内的专利申请量在逐年提高,建议我国在该领域的科技研发仍需进一步与工业生产结合发展。

关键词： nb合金含nb化合物超导领域专利分析

nb-Ti-Al合金高温氧化机理电子理论研究

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物理学报 2010年第7期59卷 4939-4944页

作者：刘贵立杨杰沈阳工业大学建筑工程学院沈阳110023

采用递归法计算了nb合金的电子态密度、原子镶嵌能、亲和能和团簇能等电子结构参数,研究nb合金高温氧化机理.研究表明,氧在nb合金表面的吸附能较低,易在合金表面吸附,并逐渐扩散到nb合金的基体中.氧在合金基体中镶嵌能为负值,氧的态密度... 详细信息

采用递归法计算了nb合金的电子态密度、原子镶嵌能、亲和能和团簇能等电子结构参数,研究nb合金高温氧化机理.研究表明,氧在nb合金表面的吸附能较低,易在合金表面吸附,并逐渐扩散到nb合金的基体中.氧在合金基体中镶嵌能为负值,氧的态密度和nb相似,在nb中具有很高的溶解度.Ti,Al在合金晶内的镶嵌能均高于各自在合金表面的镶嵌能,Ti,Al从合金内部向合金表面扩散,最终在nb合金表面偏聚,形成富Ti,Al的表层.团簇能计算结果表明nb合金表面的Ti,Al原子各自均有聚集倾向,分别形成Ti和Al原子团.氧与合金表面的Ti,Al,nb间的亲和能为负数,与三者之间均有相互作用,生成对合金起保护作用的nb2O5,TiO2,Al2O3组成的混合氧化膜.

关键词：递归法高温氧化 nb合金

高熵合金钎焊ZrB2-SiC/nb接头形成机理与力学性能研究

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高熵合金钎焊ZrB2-SiC/Nb接头形成机理与力学性能研究

作者：杨云龙安徽工程大学

学位级别：硕士

ZrB2-SiC陶瓷复合材料表现出一系列优异性能使其成为在超音速飞行、航天器和火箭推进等极端环境下理想的超高温防热材料。在实际应用中,为了获得具有金属和陶瓷性能优点的构件,通常需要将陶瓷与金属进行连接。相比摩擦焊、熔焊、扩散焊... 详细信息

ZrB2-SiC陶瓷复合材料表现出一系列优异性能使其成为在超音速飞行、航天器和火箭推进等极端环境下理想的超高温防热材料。在实际应用中,为了获得具有金属和陶瓷性能优点的构件,通常需要将陶瓷与金属进行连接。相比摩擦焊、熔焊、扩散焊等连接方法,钎焊具有可靠性高、工艺简单、加工精度高等优点。采用传统Ni基高温钎料钎焊时,易在接头中生成大量的脆性相,弱化接头性能;而Ag基钎料高温时易软化,接头高温性能不佳,因此本文采用主要由固溶体结构组成且高温性能优良的CoFeCrNiCuTix系高熵合金作为钎料对ZrB2-SiC陶瓷与nb合金进行真空连接。研究钎焊温度、保温时间及钎料中Ti元素含量对接头界面组织结构及接头性能的影响,确定最佳工艺参数及钎焊机理。研究结果表明:当采用CoFeCrNiCu高熵合金作为钎料对ZrB2-SiC陶瓷与nb合金进行真空钎焊连接时,接头的典型界面结构为 ZrB2-SiC/Cr2B/（Cr,Fe）2B+FCC+Cr2B+Laves+Cu（s,s）/nb（s,s）/nb。在保温时间或钎焊温度不同时,钎焊接头的界面产物种类没有太大变化,但析出相的体积分数、尺寸及厚度均发生了一定的变化。nb合金向液态钎料中的扩散量以及液态钎料中Cr元素向ZrB2-SiC陶瓷富集的数量决定了钎焊接头界面组织的形成及其演化。当钎焊温度较低或保温时间较短时,nb合金的溶解量不足,Laves+FCC共晶组织的数量形成量较少,主要分布在nb合金侧,钎缝中nb的平均含量仅为2%;与此同时,较短的保温时间或较低钎焊温度使得界面反应不足,反应层为（Cr,Fe）2B+Cr2B双层结构且厚度仅为30μm。随着保温时间的延长,ZrB2-SiC陶瓷侧的Cr2B反应层增厚,钎缝中Laves相随着nb合金向液态钎料中的溶解量增加而增加。随着保温时间的延长或钎焊温度的升高,使得nb合金的大量溶解,接头中Laves+FCC共晶组织的数量大大增加,占据接头中心区的绝大部分,此时钎缝中nb的平均含量约为16%;与此同时,较长的保温时间或较高的钎焊温度使得界面反应充分,并且由于B原子对碳化物中的C原子的替换作用,ZrB2-SiC陶瓷侧的反应层变为单一的锯齿状Cr2B构成,厚度增加至50μm。随着保温时间的进一步延长或钎焊温度的进一步升高,nb合金的溶解程度更高,Laves+FCC共晶组织几乎占据整个接头中心区域（此时钎缝中nb的平均含量约为18%）,锯齿状Cr2B层向接头中心区域生长受到阻碍,因此Cr2B层厚度减小。当钎焊温度为1160℃,保温60 min时,接头的抗剪强度最大,达到216 MPa,在650℃的高温下时接头的抗剪强度仍可达到94 MPa,这主要归功于硬质Laves+软FCC相组成的共晶组织在常温下和高温均拥有较强的机械性能以及锯齿状Cr2B层与基体的紧密结合,此时接头的断裂形式呈现沿ZrB2-SiC陶瓷基体断裂的模式。采用不同Ti含量的CoFeNiCrCuTix高熵合金钎料对ZrB2-SiC/nb接头钎焊,系统地研究了 Ti含量对ZrB2-SiC/nb接头界面结构和力学性能的影响。研究发现接头的典型界面结构为:ZrB2-SiC/Cr2B+（Ti,nb）B/FCC+rich-Ti Laves+（Ti,nb）B+Cu（s,s）/nb（s,s）/nb。富 Ti Laves相是由于在钎料合金或钎焊接头中添加了较大原子尺寸的Ti元素而形成的,并且其含量随Ti含量的增加而增加。由不含Ti的高熵合金钎料钎焊的接头可分为齿形Cr2B反应层和由FCC相和富nb层状Laves相的共晶混合结构组成的中心区域。Ti元素和nb元素为相互固溶元素,接头中Ti含量的增加使FCC相和富nb层状Laves相转变为大块的富Ti Laves相和四边形（Ti,nb）B相,齿形的Cr2B消失了。在钎焊过程中,在接头中产生的残余应力趋向于在富Ti Laves相中聚集并引起诸如孔和微裂纹等缺陷。因此,Ti的添加使得接头的常温性能从216 MPa降低到52 MPa。但是,随着Ti的增加,接头的高温力学性能先降低,然后增加。这主要归因于富Ti Laves相和具有优异高温机械性能的四边形（Ti,nb）B的形成。当采用CoFeCrNiCuTi1.5作为钎料钎焊时,接头的高温性能达到其室温性能的92%。

关键词：高熵合金钎料 ZrB2-SiC陶瓷 nb合金钎焊界面组织

铌合金表面包埋渗-微弧氧化高发射率nbSi2/nb2O5-SiO2-MoSi2复合涂层制备与高温性能

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铌合金表面包埋渗-微弧氧化高发射率NbSi2/Nb2O5-SiO2-MoSi2复合...