ODS-W与钼合金连接件制备工艺与微观结构及性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LittleE1032
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异种材料的连接在目前各个领域都受到广泛的关注。通过各种连接技术将异种材料连接,从而实现材料性能提升、应用领域拓宽、制备成本降低等。放电等离子烧结(SPS)是一种低温、短时的快速烧结法,是制备功能材料的一种全新技术。钨、钼均为良好的高温结构材料,钨具有高熔点、高强度、抗摩耐腐蚀、热传导率大、热膨胀系数小等优点,钼合金具有优异的常温及高温强度、高温蠕变率、热膨胀系数、抗腐蚀能力、良好的抗热冲击和抗热疲劳能力。本工作选用ODS-W(W-Y2O3)与TZC(由较高含量的Ti、Zr、C与Mo组成的钼合金)、MHC(钼铪碳合金)两种钼合金,通过放电等离子烧结技术制备ODS-W/TZC和ODS-W/MHC两种连接件,旨在设计出一种高性能的钨钼复合材料。在实验中对两种连接件的微观结构及力学性能进行了表征。并利用激光束模拟热负荷对连接件进行抗热冲击性能的测试。主要研究结果如下:(1)研究了在不同烧结温度下ODS-W/TZC连接件的微观结构和力学性能。结果表明:在1300-1600℃四个温度下均实现了ODS-W箔与TZC粉体的连接。但由于粉体烧结需要较高温度,因此在1300℃和1400℃下烧结的连接件并不致密,严重影响到连接件的性能;烧结温度在1500℃以上时,连接件界面处连接良好,TZC侧致密化并且第二相均匀分布;界面处W、Mo发生互扩散形成固溶体,因此界面处变得模糊,形成扩散层,并且在1500℃下W、Mo的扩散距离最远,扩散层最厚达到2μm;当界面处存在Y2O3颗粒时,会对W、Mo的扩散有促进作用;力学性能测试表明,随烧结温度的升高,TZC硬度逐渐提高,烧结温度在1500℃以上时,ODS-W发生再结晶导致硬度降低,中间扩散层的硬度值在两个基体之间,在1600℃下最高达到446HV;拉伸试验结果表明ODS-W/TZC连接件具有优异的高温强度,样品的高温拉伸强度均高于室温;1500℃的样品的室温抗拉强度达到459MPa,500℃下的抗拉强度达到786MPa,表现最好。(2)研究了在不同烧结温度下ODS-W/MHC连接件的微观结构和力学性能。结果表明,MHC在1400℃以上时变得致密化,界面处不存在空洞、缝隙等缺陷;烧结温度在1500℃以下时,W、Mo并未发生明显的扩散,扩散距离仅有几百纳米,而烧结温度在1600℃时,扩散程度显著提高,扩散距离在2μm左右;维氏硬度的分布规律与ODS-W/TZC类似;样品的抗拉强度随烧结温度的升高而升高,另外,同组样品的高温抗拉强度高于室温,1600℃的样品室温抗拉强度达到425MPa,在500℃下抗拉强度达到801MPa。说明本工作制备的钨钼复合材料具有良好的高温性能。(3)利用激光热冲击对ODS-W/TZC、ODS-W/MHC两种连接件进行热负荷模拟。实验结果表明:通过扩散连接制备的两种连接件的抗热冲击能力对比ODS-W,均实现了提升。烧结温度达到1500℃以上时,两种连接件都具备了良好的抗热冲击性能。
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