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魏文庆副教授团队在《MSEA》发表碳化物强化高温铌合金相关研究论文

发布时间:2021-07-27

近期,我校魏文庆副教授团队在中科院SCI 一区期刊Materials Science & Engineering A上发表了题为“Phase precipitation behavior and mechanical properties of multi-phase Nb–Ti–C and Nb–Ti–Al–C alloys” 的研究论文。

纯铌具有相对较低的密度(8.6 g/cm3),较高的熔点(2467℃)和良好的室温韧性,有希望成为1100-1500℃高温条件下应用的兼有金属材料的塑性、韧性和陶瓷材料抗高温性能的新材料的候选材料之一。其中,Nb-Ti合金的密度一般介于6.2 - 6.9 g/cm3之间,与高密度超高温镍合金(8.l-8.6 g/cm3)相比可减重15-25%TiAl元素为铌合金有效的合金化元素,TiC为铌合金有效的第二相,在Nb-Ti单相合金基础上引入TiC颗粒,添加适量的Al元素,开发新型Nb-Ti-CNb-Ti-Al-C多相铌合金具有很大的应用前景。

Nb-Ti-C合金Al元素的加入促使合金凝固过程由亚共晶向共晶、过共晶凝固转变。(Nb, Ti)C内析出二次Nbss是由不同温度条件下(Nb, Ti)C内金属原子溶解度变化及NbC向热力学上更为稳定的TiC转变引起的,且(Nb, Ti)C中高的Nb原子含量更能够决定Nbss析出驱动力及生长形貌。驱动力较小时二次Nbss沿fcc (Nb, Ti)C的密排面{111}面形核且平行于该面长大成为长条状,析出Nbss与母相存在如下取向关系:;析出驱动力较大时二次Nbss形貌由长条状转变成不规则的片状,转变驱动力足够大时二次Nbss甚至越过晶界与一次Nbss枝晶相连生长为层片状。本研究揭示了热处理后(Nb, Ti)C相的形貌特征及相结构,总结了二次Nbss(Nb, Ti)C内的析出机制,发现了二次Nbss析出可以提高(Nb, Ti)C的韧性。

热处理后Al原子百分含量为15%Nb-Ti-Al-C合金存在大量Nb­3Al析出,Nb3Al相在(Nb, Ti)C周围Al原子富集区优先形核,长大后向Nbss枝晶内部扩展,Nb3Al相在Nbss内以规则的块状或长条状存在;研究发现Nb3Al依附于bcc Nbss的密排面{110}形核,通过向Nbss内排出Ti原子长大。本研究探明了Nb-Ti-Al-C合金热处理过程中NbssNb3Al相的生长规律,发现了Nb3Al析出与Nbss存在的新的位相关系:[113]Nbss//[001]Nb3Al(110)Nbss//(130)Nb3Al

陶瓷颗粒强化多相铌合金在航空航天领域以及其它领域中存在许多潜在的应用,随着多相铌合金及其制备技术研究的逐步完善,以及其制造成本的进一步下降,铌合金必定会得到越来越多的应用。

魏文庆副教授是机电与车辆工程学院新型陶瓷结构与功能复合材料研究团队的带头人之一,团队以目前国内领先水平的原位合成陶瓷颗粒和晶须(包括:TiCSi3N4TiNSiC)制备技术为支撑点,形成了高性能结构陶瓷复合材料制备及应用和陶瓷复合固态电解质材料制备及应用两个主要研究方向。一年来,研究团队成员以第一作者和潍坊学院为第一单位在Materials Science & Engineering ASurface & Coatings TechnologyApplied Surface ScienceInternational Journal of Refractory Metals & Hard MaterialsRARE METALS发表中科院一区文章2篇、二区文章3篇。相关研究获得国家装备研发子课题、山东省自然科学基金面上项目、哈尔滨工业大学、南京航空航天大学、相关企业各类纵横向研究课题的支持,研究经费总额220余万元。

论文链接:https://www-sciencedirect-com-443.webvpn.las.ac.cn/science/article/pii/S0921509321004871

(机电与车辆工程学院供稿)

 


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