论文部分内容阅读
本文采用真空熔炼炉制备多元铜镍基合金,并对合金进行均匀化处理。利用金相显微镜、XRD、SEM和显微硬度计对多元铜镍基合金的组织结构、硬度和高温氧化行为进行了研究。研究结果表明Si元素能显著提高铜镍合金的硬度,但不能提高铜镍合金的高温抗氧化性能,Cr、Al、Zr、稀土等元素对合金的高温抗氧化性能均有不同程度的提高。(1)Cu-Ni-Cr合金的铸态组织由α-Cu相和β-Cr相组成,退火后,合金的显微组织细化,一部分Cr被固溶在α-Cu相中。Cu-Ni-Cr合金在高温氧化过程中容易产生氧化脱落,其抗氧化性能较差。(2)Cu-Ni-Cr合金中添加铝元素,Al含量为4wt.%时,合金组织中产生少量的Ni Al相,Ni Al相的含量随着Al含量增加而增加。Al含量为8wt.%时,Ni Al相在退火后全部固溶于基体中,Al元素的添加使β相成小颗粒均匀分布于基体上。Al含量为12wt.%时,退火后有Ni Al相在晶界处析出。实验结果表明合金中添加8wt.%Al元素为合适,氧化时在合金表面形成Al2O3膜层,对合金的抗氧化性能有一定的提高。(3)Cu-Ni-Cr-Al合金中添加硅元素,合金的组织中生成Ni2Si相,随着合金中Si元素的增加Ni Al相逐渐减少,Ni2Si相强度比基体相高,起到第二相强化的作用,使合金的硬度显著增大。而合金氧化实验表明Si元素添加进Cu-Ni-Cr-Al合金中不能改善合金的氧化性能。(4)Cu-Ni-Cr-Al合金中添加锆元素,合金织中Zr元素主要聚集在晶界上。试验温度为700℃时,铝的氧化物主要以θ-Al2O3等亚稳相存在,氧化过程中部分θ相转变为α-Al2O3,发生体积收缩,产生氧化物开裂与剥落。试验温度为800℃时,在合金表面快速形成连续的Al2O3氧化物膜,在氧化膜下形成了颗粒状的富Cr氧化物的内氧化层。试验温度为850℃时Al2O3氧化膜和富Cr内氧化层厚度均增大。850℃氧化温度下,有利于θ-Al2O3亚稳相快速转变为α-Al2O3或Al、O原子直接生成α-Al2O3。(5)Cu-Ni-Cr-Al-Zr合金中添加少量稀土元素Ce,Ce与合金中的各元素形成高熔点化合物,这些化合物常以极微细颗粒悬浮于熔体之中,氧化时阻碍Cr、Al和其他元素的扩散,在合金表面很快形成一层薄的Cr2O3氧化膜,不能完全阻止氧和金属原子的扩散,合金中的Al向表面扩散。表面的Cr2O3氧化膜上形成了一层Al2O3氧化膜。Cr2O3氧化膜和Al2O3氧化膜非常薄与基体结合紧密,提高了氧化膜与基体合金的粘附性能和抗高温氧化性能。