水熱合成法制備Al2O3摻雜鉬合金的組織與性能研究.pdf

1、航空航天用的高溫噴嘴和噴管、穿孔不銹鋼管的鉬頂頭等鉬產(chǎn)品，都需要鉬合金有較好的高溫力學(xué)性能和高的再結(jié)晶溫度。本課題組前期已采用溶膠凝膠、粉末冶金等工藝制備出稀土氧化鑭摻雜鉬合金，顯著提高了鉬板的強(qiáng)度和再結(jié)晶溫度。本課題設(shè)想以低價(jià)的氧化鋁代替貴重的稀土氧化鑭，制備出新型的彌散強(qiáng)化鉬合金，以期望提高摻雜鉬板的抗拉強(qiáng)度和再結(jié)晶溫度，降低鉬合金的生產(chǎn)成本，節(jié)約稀土資源。
　　本研究以四鉬酸銨和硝酸鋁為原料，采用水熱合成法制備了Al2O3質(zhì)

2、量分?jǐn)?shù)分別為0wt.％、0.25wt.%、0.5wt.%、0.75wt.%、1.0wt.%的鉬合金粉體，經(jīng)過(guò)低溫煅燒、一次還原、二次還原、冷等靜壓和高溫氫氣保護(hù)燒結(jié)成型等工序后制備成了鉬合金，最終軋制成厚度為1.0 mm的板材。對(duì)不同溫度退火后的板材進(jìn)行室溫拉伸性能測(cè)試，并利用熱模擬機(jī)對(duì)高溫拉伸性能進(jìn)行測(cè)試，研究了氧化鋁摻雜鉬合金的再結(jié)晶溫度。利用 XRD、SEM、EDS等檢測(cè)手段對(duì)不同制備階段的 Al2O3摻雜鉬合金進(jìn)行相形貌觀察和物

3、相分析，對(duì)摻雜鉬坯的組織，鉬板在室溫和高溫下的拉伸斷裂形式和組織進(jìn)行了分析，并討論其強(qiáng)化機(jī)制。在水熱合成過(guò)程中，有六方結(jié)構(gòu)的片狀 MoO3和竹葉狀的水合氧化鋁AlO(OH)生成。低溫煅燒后，摻雜粉體中有中間相 Al2(MoO4)3的生成，MoO3由亞穩(wěn)態(tài)的六方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的正交結(jié)構(gòu)，AlO(OH)脫水轉(zhuǎn)變?yōu)?Al2O3。經(jīng)一次還原，中間相Al2(MoO4)3最終被氫氣還原為MoO2和Al2O3。經(jīng)二次氫氣還原，片狀的 MoO3完全被還

4、原為球狀的 Mo顆粒，含鋁相以α-Al2O3相的形式存在于Mo粉中，在還原過(guò)程中，氧化鋁顆粒能夠起到細(xì)化鉬粉顆粒的作用。在鉬坯料中，α-Al2O3以點(diǎn)狀物彌散分布在鉬基體中，相比摻雜鉬粉中的 Al2O3，粒徑增長(zhǎng)，尺寸在500 nm~1μm之間。該材料的顯微硬度隨著氧化鋁含量的增加而升高。Al2O3的加入使鉬板的再結(jié)晶開(kāi)始溫度提到1100℃。再結(jié)晶核的形成和位錯(cuò)的移動(dòng)密切相關(guān)，而且位錯(cuò)的移動(dòng)被 Al2O3強(qiáng)烈的阻礙，再結(jié)晶核的形成將被延

5、遲，再結(jié)晶開(kāi)始溫度被提高。在再結(jié)晶晶粒的成長(zhǎng)階段，Al2O3使再結(jié)晶晶粒細(xì)化，氧化鋁顆粒發(fā)揮了阻礙其增長(zhǎng)的作用。Al2O3摻雜鉬板的抗拉強(qiáng)度明顯高于純鉬板。純鉬板的延伸率曲線在1000℃時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，而摻雜鉬板在1100℃時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，Al2O3摻雜量為0.5wt.%的鉬板顯示出較好的綜合性能。摻雜鉬板的硬度隨著氧化鋁含量的增加顯著升高，純鉬板和摻雜鉬板的硬度均隨著退火溫度的升高而降低。純鉬在1100℃退火后斷口就呈現(xiàn)為脆性斷裂，而 Al2

6、O3摻雜鉬板在1200℃退火后斷裂形式開(kāi)始發(fā)生轉(zhuǎn)變，氧化鋁的加入推遲了鉬的再結(jié)晶，改變了斷裂機(jī)制。隨著拉伸溫度的提高，純鉬板和氧化鋁鉬板抗拉強(qiáng)度都隨之降低，但氧化鋁摻雜鉬合金的抗拉強(qiáng)度明顯高于純鉬。純鉬板和氧化鋁鉬板的延伸率隨著拉伸溫度的升高，都是先增大然后減小。純鉬板的延伸率在1000℃時(shí)達(dá)到最大值，而Al2O3鉬板在1100℃時(shí)達(dá)到最大，氧化鋁鉬板的塑性比純鉬板高。氧化鋁鉬板高溫?cái)嗫谛蚊惨皂g窩為主，其在拉伸溫度從900℃至1300℃