机械合金化对Laves相TaCr2固相热反应合成的影响研究

摘要

Laves相TaCr2化合物是一种拓扑密排结构的金属间化合物,具有优异的高温抗氧化、热腐蚀抗力的潜力,另外,它的密度适中,力学性能优良而且熔点高,室温脆性阻碍它成为实用的高温结构材料。如何改善TaCr2的室温脆性是目前新型高温结构材料领域的研究热点之一。
　　本文研究了机械合金化对 Cr-33Ta混合粉末结构与形貌以及对真空退火条件下 Laves相 TaCr2固相热反应合成的影响,并在此基础上研究了球磨时间对单相Cr-33Ta合金组织与室温维氏硬度的影响。
　　研究结果表明,Cr-33Ta元素混合粉在0-8h机械合金化过程中,Ta、Cr原子实质上发生了相互扩散溶入对方晶格点阵逐渐演变成 Cr(Ta)和 Ta(Cr)非平衡过饱和固溶体。但50h的球磨过程中始终没有发现Laves相TaCr2生成。机械合金化使 Cr-33Ta元素混合粉的形貌由棱角比较明显演变为等轴类似球状颗粒,球磨20h后的粉末颗粒和晶粒得到明显细化, Ta和Cr的晶粒尺寸分别达到纳米级,并且成分均匀。为后续通过降低 Laves相 TaCr2的固相热反应合成温度或时间来制备成分和组织均匀、晶粒细小的高强高韧TaCr2合金提供了可行性。
　　随着球磨时间的增加,Ta和Cr的晶粒逐渐细化,微观应变不断增加。球磨8h的Ta和Cr的晶粒尺寸就已经达到纳米级,分别为3.935nm和13.833nm,微观应变分别为6.112％和0.537%。
　　未经球磨的 Cr-33Ta元素混合粉在900℃×3h的退火条件下未能发生 TaCr2的固相合成反应,而球磨5h、10h、20h和30h的球磨粉在此条件下均合成出Laves相 TaCr2,并且随着球磨时间的延长,Laves相 TaCr2固相反应合成越充分。MA对Laves相TaCr2的合成有显著活化作用。较充分反应的最低球磨时间为20h。
　　MA15h的Cr-33Ta球磨粉在1000℃退火条件下,随着退火时间从10min逐渐延长到120min,Laves相TaCr2的固相合成反应的程度逐渐增大。退火时间延长到120min后,Ta与Cr几乎完全合成,Lave相TaCr2的固相合成反应较为充分。MA30h的Cr-33Ta球磨粉在3h退火时间下,在700℃真空退火条件下,就能够发生了少量的Laves相TaCr2固相热反应合成。随着退火温度从700℃提高到1000℃,Laves相TaCr2的固相合成反应的程度逐渐增大。在1000℃×3h退火条件下, Ta与Cr完全合成出Lave相TaCr2。
　　随着球磨时间从10h延长到40h,在1250℃×3h热压工艺下热压试样的致密度、维氏硬度增大。如果继续增加球磨时间到70h,各项性能的提高有限甚至略微降低。球磨50h的 Ta-Cr粉在该热压工艺下能够得到单相的 Laves相 TaCr2合金,合金组织分布均匀,晶粒细小,晶粒尺寸在1μm以下。致密度接近全致密,达到98%,维氏硬度约为11GPa左右。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 Laves 相铬化物研究意义及研究现状

1.3 机械合金化

1.4 本研究的内容及技术路线

第二章 机械合金化对Cr-33Ta混合粉末结构与形貌的影响

2.1 引言

2.2 实验方法

2.3 实验结果及分析

2.4 本章小结

第三章 机械球磨对Laves相TaCr2固相热反应合成的影响

3.1 引言

3.2 实验方法

3.3 实验结果及分析

3.4 本章小结

第四章 Laves相TaCr2固相热反应合成低温退火工艺的优化

4.1 引言

4.2 实验方法

4.3 实验结果及讨论

4.4 本章小结

第五章 球磨时间对Cr-33Ta合金组织与维氏硬度的影响

5.1引言

5.2 实验材料及方法

5.3 实验结果与分析

5.4本章小结

第六章 结论

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢