双金属复合耐磨管其力学性能好,抗氧化性的研究也取得了突破性进展。采用SEM、TEM等分析手段,研究了双金属复合耐磨管在低应变速率下的拉伸行为。结果表明:单晶**合金DD3在拉伸过程中,滑移具有强烈择优性;宏观断口都比较平坦,但在微观上均呈现塑断特征;拉伸变形时位错对切割γ′粒子是其主要的变形机制。为了提高气体透平机、喷气发动机的输出功率及效率,要求开发高温下具有高强度及抗氧化性的Ni基**合金。
观察表明,粘结相γ与WC的湿润性良好,因此用双金属复合耐磨管作硬质合金的粘结相,不仅可节约战略物质Co,而且有可能使硬质合金的性能提高,使用范围扩大。双金属复合耐磨管替代Ni基**合金、将燃气轮机进气温度提高到1500℃的高温材料研究项目。该项目以难熔金属中密度小、室温塑性好的Nb为基材,通过固溶强化和复合弥散强化改善双金属复合耐磨管的高温强度和韧性,通过多层膜和梯度组成膜进行抗氧化性和耐蚀性的表面改性,收到了较好的成效。
通过6年的努力,研制成功了具有较高高温强度的Nb基固溶体合金(Nb-W-Mo系)和Nb基复合材料(Nb-W-Mo-Si-HfC系),当双金属复合耐磨管中添加过量的Re,W,Mo等强化元素时,在高温环境下就析出拓朴密堆积相(TCP相),反而使高温强度显着下降。近年来的研究发现,添加铂族元素能够抑制TCP相的析出,因此含有铂族元素的双金属复合耐磨管可以添加比*3代Ni基合金更多的强化元素,实现抑制TCP相的析出,使合金具有优异高温强度,但这种合金的抗氧化性能有下降的趋势。
选择合适的反应温度和保温时间非常重要,温度的高低决定了反应的进行与否,温度一定的条件下保温时间越长,氮化硅的合成反应就越充分。原料碳硅比对Si3N4的形貌有重要的影响,适当的增加碳硅比有利于合成分散性较好的双金属复合耐磨管。以硅溶胶、氢氧化铝,炭黑为原料,在添加剂Fe2O3的作用下采用溶胶凝胶-碳热还原法合成了β-Sialon粉体。
实验结果表明,在1400℃氮气流量为1L/min的气氛下保温5h能够合成粒度均匀的亚微米级α-Si3N4粉体,在1450℃时合成了β-Si3N4含量为5%的氮化硅复相粉体。通过扫描电镜、X射线衍射及透射等分析手段对合成的产物进行分析对比,研究了合成温度、保温时间及添加剂含量对双金属复合耐磨管的影响。添加1.5%Fe2O3作为催化剂,在1400℃氮气流量为1L/min保温4小时的条件下碳热还原合成了单相β-Sialon粉体,其分子式为Si5AlON7。
扫描电镜显示,所得粉体为长柱状,晶体均匀,粒径在0.4μm左右通过X射线衍射分析可知,反应开始时体系中先形成莫来石,并伴有O-Sialon及X-Sialon的产生,随后莫来石会在高温下与O-Sialon及X-Sialon一起被碳热还原成β-Sialon,温度在1400℃时也会有SiC产生,但会随着时间的转化为β-Sialon。以氮化硅喷雾造粒粉为原料,通过高温常压烧结及热等静压处理烧坯两种制备方法获得的氮化硅陶瓷材料,进行了陶瓷显微组织结构、热导率与抗热震性能研究。结果表明热等静压处理能够消除烧结体的残余孔隙,有利于提高陶瓷的强度、热导率和抗热震性能。