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Y_2O_3/碳纳米管/镍基复合材料的制备及其性能研究

作　者: 徐常恩
导　师: 徐金城
学　校: 兰州大学
专　业: 材料学
关键词: 镍基复合材料 碳纳米管 粉末冶金 时效强化 氧化物弥散强化 Larson-Miller参数 磁性
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


镍基高温复合材料是燃气涡轮发动机用高温复合材料中的主要金属材料。当前使用的镍基高温合金大多以20CrNi合金为基础。通过时效析出的γ’相的沉淀强化效果能使高温合金得到更好的中温力学性能。而氧化物颗粒弥散增强镍基复合材料的兴起,为改善镍基高温合金的性能指明了新的研究方向,运用粉末冶金方法制造的氧化物颗粒增强镍基复合材是一种具有很好发展前景的高温合金材料。作者以20CrNi作为基体合金,用粉末冶金法制造出了Y2O3/NiCrAl复合材料。先在基体合金中加入Al,研究了Al通过时效析出γ’相时的沉淀强化效果;又在NiCrAl材料中加入了Y2O3,并根据Larson-Miller参数方程对Y2O3/NiCrAl复合材料进行高温模拟,研究了Y2O3对镍基复合材料性能的影响。同时还对碳纳米管镍基复合材料的制备和性能进行了研究。研究结果表明:1、在20CrNi基体合金中加入金属铝,在760℃下,时效24小时析出的γ’强化相能显著的提高材料的常温力学性能。比如,NiCr-6.0%Al材料时效后的室温硬度比20CrNi的提高了118%,室温抗拉强度提高了26%。2、在室温时,γ’-Y2O3的强化效果很好,在Y2O3的质量分数为0.8%时有最好的强化效果,复合材料0.8%Y2O3/NiCr-6.0%Al时效前的硬度值比NiCr-6.0%Al基体材料的硬度值高29%,而时效后的硬度值比NiCr-6.0%Al基体材料的硬度值提高了82%。3、单纯的γ’相增强镍基复合材料在高温运行时,材料的性能下降比较明显,比如,NiCr-6.0%Al合金在热模拟参数P=31825下高温模拟后的硬度值仅为183HV,比室温硬度345HV下降了47%。加入Y2O3后,复合材料在高温运行后仍能保持较好的性能,比如,0.8%Y2O3/NiCr-6.0%Al在热模拟参数P=31825下高温模拟后其硬度只比室温硬度下降了25%。实验与Larson-Miller参数方程吻合的很好,这说明用Larson-Miller参数来对这类复合材料的设计寿命进行模拟显示出良好的准确性和实用性。4、当碳纳米管的体积分数为15%时,碳纳米管镍基复合材料的室温硬度和抗拉强度达到最好,并且碳纳米管的加入对镍基材料的饱和磁化强度和矫顽力均产生了明显的影响。

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料
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