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    魏文慶副教授團隊在《MSEA》發表碳化物強化高溫鈮合金相關研究論文

    發布時間:2021-07-27

    近期,我校魏文慶副教授團隊在中科院SCI 一區期刊Materials Science & Engineering A上發表了題為“Phase precipitation behavior and mechanical properties of multi-phase Nb–Ti–C and Nb–Ti–Al–C alloys” 的研究論文。

    純鈮具有相對較低的密度(8.6 g/cm3),較高的熔點(2467℃)和良好的室溫韌性,有希望成為1100-1500℃高溫條件下應用的兼有金屬材料的塑性、韌性和陶瓷材料抗高溫性能的新材料的候選材料之一。其中,Nb-Ti合金的密度一般介于6.2 - 6.9 g/cm3之間,與高密度超高溫鎳合金(8.l-8.6 g/cm3)相比可減重15-25%。Ti、Al元素為鈮合金有效的合金化元素,TiC為鈮合金有效的第二相,在Nb-Ti單相合金基礎上引入TiC顆粒,添加適量的Al元素,開發新型Nb-Ti-CNb-Ti-Al-C多相鈮合金具有很大的應用前景。

    Nb-Ti-C合金Al元素的加入促使合金凝固過程由亞共晶向共晶、過共晶凝固轉變。(Nb, Ti)C內析出二次Nbss是由不同溫度條件下(Nb, Ti)C內金屬原子溶解度變化及NbC向熱力學上更為穩定的TiC轉變引起的,且(Nb, Ti)C中高的Nb原子含量更能夠決定Nbss析出驅動力及生長形貌。驅動力較小時二次Nbss沿fcc (Nb, Ti)C的密排面{111}面形核且平行于該面長大成為長條狀,析出Nbss與母相存在如下取向關系:,;析出驅動力較大時二次Nbss形貌由長條狀轉變成不規則的片狀,轉變驅動力足夠大時二次Nbss甚至越過晶界與一次Nbss枝晶相連生長為層片狀。本研究揭示了熱處理后(Nb, Ti)C相的形貌特征及相結構,總結了二次Nbss(Nb, Ti)C內的析出機制,發現了二次Nbss析出可以提高(Nb, Ti)C的韌性。

    熱處理后Al原子百分含量為15%Nb-Ti-Al-C合金存在大量Nb­3Al析出,Nb3Al相在(Nb, Ti)C周圍Al原子富集區優先形核,長大后向Nbss枝晶內部擴展,Nb3Al相在Nbss內以規則的塊狀或長條狀存在;研究發現Nb3Al依附于bcc Nbss的密排面{110}形核,通過向Nbss內排出Ti原子長大。本研究探明了Nb-Ti-Al-C合金熱處理過程中NbssNb3Al相的生長規律,發現了Nb3Al析出與Nbss存在的新的位相關系:[113]Nbss//[001]Nb3Al,(110)Nbss//(130)Nb3Al。

    陶瓷顆粒強化多相鈮合金在航空航天領域以及其它領域中存在許多潛在的應用,隨著多相鈮合金及其制備技術研究的逐步完善,以及其制造成本的進一步下降,鈮合金必定會得到越來越多的應用。

    魏文慶副教授是機電與車輛工程學院新型陶瓷結構與功能復合材料研究團隊的帶頭人之一,團隊以目前國內領先水平的原位合成陶瓷顆粒和晶須(包括:TiC、Si3N4、TiN、SiC)制備技術為支撐點,形成了高性能結構陶瓷復合材料制備及應用和陶瓷復合固態電解質材料制備及應用兩個主要研究方向。一年來,研究團隊成員以第一作者和濰坊學院為第一單位在Materials Science & Engineering A,Surface & Coatings Technology、Applied Surface Science、International Journal of Refractory Metals & Hard Materials、RARE METALS發表中科院一區文章2篇、二區文章3篇。相關研究獲得國家裝備研發子課題、山東省自然科學基金面上項目、哈爾濱工業大學、南京航空航天大學、相關企業各類縱橫向研究課題的支持,研究經費總額220余萬元。

    論文鏈接:https://www-sciencedirect-com-443.webvpn.las.ac.cn/science/article/pii/S0921509321004871

    (機電與車輛工程學院供稿)

     


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