新型MoSi2-AlCr2准二元系化合物合金的制备与表征

摘要

难熔金属硅化物二硅化钼(MoSi2)以其高熔点(2030℃)、较低的密度(6.24g/cm3)和优异的高温抗氧化性对下一代高温结构材料具有极大的吸引力。早在上个世纪五六十年代，以MoSi2为基的电热元件已实现了工业化生产和应用。但是，MoSi2作为高温结构的基体材料，至今还没有很好的解决低温脆性、高温蠕变和中温加速氧化等问题。现已证明，合金化和复合化是改善MoSi2强韧化的主要方法。本研究就是通过引入具有优良抗氧化性能的Al和Cr合金元素对MoSi2进行合金化改性，以制备具有优良性能的MoSi2-AlCr2准二元系新型合金材料。同时，由于AlCr2具有比重较低、抗氧化性好，与MoSi2同晶型的优点，试验合金可望具有良好的相界匹配性和抗氧化性能。
　　 故此，本论文采用热压烧结法制备了名义成分为MoSi2-xAlCr2的准二元系系列试验合金，研究了AlCr2含量对MoSi2微观结构及其力学和抗氧化性能的影响，得出如下几点结论：
　　 1.采用热压烧结法制备的以MoSi2为基的MoSi2-AlCr2准二元系合金，主要物相为MoSi2和Mo(Si，Al)2，试验合金材料的相结构随着MoSi2中AlCr2含量的增加由C11b型MoSi2逐渐向C40型Mo(Si，Al)2转化，由于试样中未发现有游离的单质元素Cr存在，故基于同类合金元素互易原理，本文认为试验合金中C40型的Mo(Si，Al)2应该是C40型(Mo，Cr)(Si，Al)2。
　　 2.随AlCr2摩尔含量的增加，试验合金不仅平均晶粒细小，而且组织均匀致密，没有明显的气孔和缺陷。
　　 3.随AlCr2摩尔含量的增加，材料的显微硬度和致密度表现出先降低后增加的趋势。30at％AlCr2-MoSi2准二元系合金具有最佳的综合性能，其显微硬度和致密度分别为1100HV和97％。
　　 4.在500℃氧化时，热压烧结法制备的纯MoSi2氧化100h未发生所谓的“Pesting”现象，具有较好的低温抗氧化性能。添加与氧亲和力强的元素(如Al和Cr元素)有助于提高MoSi2材料的低温抗氧化性，MoSi2-AlCr2准二元系合金良好的抗氧化能力主要归因于在其表面生成了连续致密的Al2O3和Cr2O3保护膜，阻止了氧化的进一步发生。
　　 5.纯MoSi2材料氧化动力学曲线符合抛物线规律，而添加AlCr2的MoSi2-AlCr2准二元系合金在20～100h阶段，氧化动力学曲线基本上呈水平直线型。氧化100h后，纯MoSi2试样和添加10at％AlCr2的MoSi2-AlCr2准二元系合金试样增重分别为4.2898mg/cm2和1.1028mg/cm2，平均氧化速率分别为4.29x10-2mg/(cm2·h)和1.10×10-2mg/(cm2·h)，继续添加AlCr2对MoSi2-AlCr2准二元系合金的低温抗氧化性能影响不大。