液相原位氧化法制備Y2O3彌散鎳基合金及Y2O3的形成機(jī)制.pdf

1、氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）鎳基合金以高熔點(diǎn)的氧化物顆粒（如Al2O3、Y2O3等）作為彌散強(qiáng)化相。與鑄造鎳基高溫合金相比，ODS合金不會出現(xiàn)析出強(qiáng)化相隨著環(huán)境溫度的升高回溶入基體的情況，因此工作溫度不必受限于強(qiáng)化相溶解溫度。這一特性使ODS合金在許多需要面對高溫極限工作條件的產(chǎn)業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　Y2O3彌散強(qiáng)化鎳基合金的氧化物彌散強(qiáng)化機(jī)制，可以簡單地看作是位錯繞過機(jī)制，其強(qiáng)化效果與氧化物顆粒的半徑和體積分?jǐn)?shù)有關(guān)。氧化物半

2、徑越小、體積分?jǐn)?shù)越大，強(qiáng)化效應(yīng)就越強(qiáng)。因此欲提高Y2O3彌散強(qiáng)化鎳基合金的強(qiáng)度也應(yīng)從這兩方面入手。但使用機(jī)械合金化方法制備Y2O3彌散強(qiáng)化鎳基合金時，過度提高氧化物的含量導(dǎo)致氧化物顆粒彌散不均勻，而機(jī)械合金化過程中細(xì)小的Y2O3顆粒容易與合金的γ'相組成元素Al反應(yīng)生成粗大的產(chǎn)物，都不利于提高材料強(qiáng)度。因此，有必要開發(fā)新的ODS鎳基合金制備工藝。
　　本文采用液相原位氧化法制備納米Y2O3彌散分布的鎳基合金。該方法是將Ni-Y合金

3、加熱到液相線溫度以上，通過選擇氧化氣氛使熔融的合金中的Y原子發(fā)生擇優(yōu)氧化，生成納米級均勻彌散分布的Y2O3顆粒。對產(chǎn)物的物相、微觀結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行表征，研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間和Y含量對Y2O3粒子形成和長大的影響，揭示液相線原位氧化反應(yīng)機(jī)制。
　　首先，采用感應(yīng)熔煉制備出了不同Y含量的Ni（Cu）-Y合金。Cu作為基體的固溶元素被加入，目的是使 Ni基體的某些晶面間距和氧化后生成的Y2O3的晶面間距共格。通過XRD、光學(xué)顯微鏡、掃

4、描電鏡和能譜對制備的樣品進(jìn)行了物相和結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果表明Y元素在合金中以Ni17Y2金屬間化合物的形式存在。Cu在Ni的晶格和Ni17Y2中均可固溶，且固溶能力相當(dāng)。得到的合金呈現(xiàn)出典型的合金金相組織。
　　其次，采用液相原位氧化Ni（Cu）-Y合金制備了Y2O3顆粒彌散鎳基合金。研究了Y含量，氧化溫度，氧化時間對材料物相、結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明在液相線溫度發(fā)生原位氧化反應(yīng)制備的Y2O3顆粒彌散分布的鎳基合金樣品中Y2O3顆粒和基體具

5、有特定的位向關(guān)系：晶面（653）Y2O3//（220）Ni。Y2O3粒子的粒徑隨著合金中Y含量上升而增大，粒子間距幾乎不受Y含量影響。氧化時間對Y2O3粒子粒徑不會造成明顯影響。氧化溫度越高，得到的Y2O3粒子粒徑越大，且與基體不再具有明顯的取向關(guān)系。
　　Y2O3的形成長大機(jī)制為：合金熔液中Y聚集，然后氧化形成Y2O3核心，Ni（Cu）在Y2O3核心上形核，然后Y2O3和Ni（Cu）共同長大，直至Ni（Cu）將Y2O3完全包圍，