多元铜镍基合金的高温氧化行为研究

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1、密级：非密硕士学位论文中图分类号：TG171多元铜镍基合金的高温氧化行为研究学位类型：学术型学位：学科（专业学位类别）材料科学与工程作者姓名：曹获导师姓名及职称：彭成章教授学院名称：机电工程学院论文提交日期：2015年5月24日多元铜镍基合金的高温氧化行为研究学位类型学术型学位学科（专业学位类别）材料科学与工程作者姓名曹获作者学号12010302009导师姓名及职称彭成章教授学院名称机电工程学院论文提交日期2015年5月24日学位授予单位湖南科技大学Studyonhigh-temperature

2、oxidationbehaviorofthemultielementcopperandnickelbasedalloyTypeofDegreeAcademicDegreeDisciplineMeterialScienceandEngineeringCandidateCaoHuoStudentNumber12010302009SupervisorandProfessionalTitlePengChengzhangProfessorSchoolSchoolofElectromechanicalEng

3、ineeringDateMay24th,2015UniversityHunanUniversityofScienceandTechnology摘要本文采用真空熔炼炉制备多元铜镍基合金，并对合金进行均匀化处理。利用金相显微镜、XRD、SEM和显微硬度计对多元铜镍基合金的组织结构、硬度和高温氧化行为进行了研究。研究结果表明Si元素能显著提高铜镍合金的硬度，但不能提高铜镍合金的高温抗氧化性能，Cr、Al、Zr、稀土等元素对合金的高温抗氧化性能均有不同程度的提高。（1）Cu-Ni-Cr合金的铸态组织由α

4、-Cu相和β-Cr相组成，退火后，合金的显微组织细化，一部分Cr被固溶在α-Cu相中。Cu-Ni-Cr合金在高温氧化过程中容易产生氧化脱落，其抗氧化性能较差。（2）Cu-Ni-Cr合金中添加铝元素，Al含量为4wt.%时，合金组织中产生少量的NiAl相，NiAl相的含量随着Al含量增加而增加。Al含量为8wt.%时，NiAl相在退火后全部固溶于基体中，Al元素的添加使β相成小颗粒均匀分布于基体上。Al含量为12wt.%时，退火后有NiAl相在晶界处析出。实验结果表明合金中添加8wt.%Al元素为

5、合适，氧化时在合金表面形成Al2O3膜层，对合金的抗氧化性能有一定的提高。（3）Cu-Ni-Cr-Al合金中添加硅元素，合金的组织中生成Ni2Si相，随着合金中Si元素的增加NiAl相逐渐减少，Ni2Si相强度比基体相高，起到第二相强化的作用，使合金的硬度显著增大。而合金氧化实验表明Si元素添加进Cu-Ni-Cr-Al合金中不能改善合金的氧化性能。（4）Cu-Ni-Cr-Al合金中添加锆元素，合金织中Zr元素主要聚集在晶界上。试验温度为700℃时，铝的氧化物主要以θ-Al2O3等亚稳相存在，氧化

6、过程中部分θ相转变为α-Al2O3，发生体积收缩，产生氧化物开裂与剥落。试验温度为800℃时，在合金表面快速形成连续的Al2O3氧化物膜，在氧化膜下形成了颗粒状的富Cr氧化物的内氧化层。试验温度为850℃时Al2O3氧化膜和富Cr内氧化层厚度均增大。850℃氧化温度下，有利于θ-Al2O3亚稳相快速转变为α-Al2O3或Al、O原子直接生成α-Al2O3。（5）Cu-Ni-Cr-Al-Zr合金中添加少量稀土元素Ce，Ce与合金中的各元素形成高熔点化合物，这些化合物常以极微细颗粒悬浮于熔体之中，氧

7、化时阻碍Cr、Al和其他元素的扩散，在合金表面很快形成一层薄的Cr2O3氧化膜，不能完全阻止氧和金属原子的扩散，合金中的Al向表面扩散。表面的Cr2O3氧化膜i上形成了一层Al2O3氧化膜。Cr2O3氧化膜和Al2O3氧化膜非常薄与基体结合紧密，提高了氧化膜与基体合金的粘附性能和抗高温氧化性能。关键词：多元铜镍基合金；组织结构；硬度；高温氧化iiABSTRACTThemultielementcopperandnickelbasedalloywerepreparedbyvacuummeltingi

8、nthispaper,andthealloyhomogenizationprocessing.Bymeansofmetallographicmicroscope,XRD,SEMandmicrohardnessmeterformultiplestructureofcopperandnickelbasealloy,hardnessandhightemperatureoxidationbehaviorwerestudied.TheresultsshowedthatSielementcansignifi