[00332941]新型高温结构材料NbCr2合金的强韧化及高温氧化行为研究

本项目属于材料科学技术领域。Laves相NbCr2合金因其优异的高温力学性能而具有作为新型高强高温结构材料应用的潜力。由于其晶体结构复杂,使得这类化合物的室温脆性很大,如何从理论和技术上提高其韧性是当前材料科学的前沿领域,也是科学家不懈追求的目标之一。 本项目针对Laves相NbCr2合金室温脆性及较差的高温抗氧化性等基本科学问题,讨论其致脆机理,研究了其高温氧化本质特征,采用细晶增韧和软第二相协同增韧的理论来提高Laves相NbCr2合金室温韧性,并依据电子浓度理论通过掺杂技术调整NbCr2合金的d层和s层的电子填充状况,藉此改变原子间的结合强度和派纳力的大小以达到合金化增韧的目的;探索合金化提高高温抗氧化性的效果及其微观机制,具体研究内容如下： （1）细晶增韧研究 采用先进的粉末冶金技术——机械合金化（Mechanical alloying,简称MA）+热压（Hot pressing,简称HP）技术制备Laves相NbCr2基合金,研究MA过程中球磨粉的晶粒尺寸、晶体结构、亚晶结构、微观应变、晶体缺陷、晶体形态和元素固溶等情况的演变规律及球磨粉在HP过程中原位生成微/纳米晶的Laves相NbCr2基合金的固相反应合成机理及烧结致密化行为;探索在（MA+HP）过程中实现组织和晶粒尺寸调控的方法及其影响因素,为实现微晶化和软第二相韧化提供具有理想微观组织的全致密NbCr2基合金;考查组织的热稳定性。 （2）软第二相Cr或Nb增韧NbCr2合金研究 根据Cr-Nb相图设计不同合金成分,研究软第二相Cr或Nb对裂纹扩展的作用机制,探讨软第二相增韧的机理,为软第二相增韧Laves相NbCr2合金提供理论支撑。 （3）合金化增韧研究 根据s+d层电子浓度理论及原子半径对Laves相稳定性影响的理论,选择Ni、Mo、Zr、Ti、Fe、V、Al、Si、Y等合金元素,并通过改变其s+d层电子浓度来研究其对NbCr2基合金韧性的影响,并探讨其增韧的机理,探究合金元素与Laves相和软第二相的相互作用机制,揭示s+d层电子浓度与韧性之间的相互关系及其微观机理。 （4）高温氧化行为研究 研究了细化晶粒、相组成等对NbCr2合金高温氧化行为的影响机制,探讨出其高温氧化机理;并研究了合金元素Al及Si、稀土元素Y等对NbCr2合金高温抗氧化性的影响,分析氧化层的成分、结构和组织演变规律,探索通过合金化提高高温氧化阻力的效果,揭示其微观机理。 通过上述研究,获得了原位生成具有微/纳米晶的Laves相NbCr2基合金的固相反应合成机理及烧结致密化机制,探索了细晶增韧和软第二相协同增韧机理,揭示s+d层电子浓度与韧性之间的相互关系及其微观机理,探讨出NbCr2合金高温氧化本质特征,探索通过合金化提高高温氧化阻力的效果,并揭示其微观机理。通过这些基础研究,不仅使具有高强度的NbCr2合金脆性得到大大的改善,韧性得到明显的提高,促进了Laves相NbCr2基合金实用化进程,为发展一种新型的耐高温金属间化合物结构材料提供理论和技术支撑,同时也为其它金属间化合物的韧性及高温抗氧化性的提高提供了技术和理论基础,具有较高的科学价值。