【摘 要】
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泡沫镍基合金具有高熔点、良好的高温强度、优异的抗高温氧化性能和耐腐蚀性能等优点,在高温过滤、高温换热和高温催化剂载体等领域表现出广阔的应用前景。但现有的泡沫镍基合金的强度和弹性模量较低,难以满足当前航空航天领域对轻质高强且耐高温材料的要求,限制了其进一步的发展和应用。本文以泡沫Ni为基体,采用包埋渗Cr结合均匀化热处理的方法制备了孔径小、成分均匀、孔隙率高、强度高的三维网状开孔泡沫NiCr合金。然
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泡沫镍基合金具有高熔点、良好的高温强度、优异的抗高温氧化性能和耐腐蚀性能等优点,在高温过滤、高温换热和高温催化剂载体等领域表现出广阔的应用前景。但现有的泡沫镍基合金的强度和弹性模量较低,难以满足当前航空航天领域对轻质高强且耐高温材料的要求,限制了其进一步的发展和应用。本文以泡沫Ni为基体,采用包埋渗Cr结合均匀化热处理的方法制备了孔径小、成分均匀、孔隙率高、强度高的三维网状开孔泡沫NiCr合金。然后采用包埋渗法在泡沫NiCr合金表面进行渗Al,制备了Al扩散涂层。通过SEM、EDS、XRD、力学实验机等分析手段和检测设备,系统研究了制备的泡沫NiCr合金的微观组织和力学性能,得到以下结论:(1)采用包埋渗法可以在基体泡沫Ni表面制备不同厚度的渗Cr层,渗Cr层与基体之间呈冶金结合,且其厚度随着包埋渗时间的延长逐渐增加。经均匀化热处理后,泡沫NiCr合金可以形成均匀的单相奥氏体组织,且保持了基体泡沫Ni的三维网状开孔结构。泡沫NiCr合金的Cr含量、相对密度随包埋渗时间的延长而增加。(2)泡沫NiCr合金的压缩强度、比强度和能量吸收能力受到包埋渗时间的影响,随包埋渗时间的延长逐渐增大。与基体泡沫Ni相比,包埋渗8 h制得的泡沫Ni-29Cr合金的压缩强度、比强度和能量吸收能力分别提升了3.3倍、1.5倍、2.9倍。在相同制备工艺下,增加基体泡沫Ni的密度,也可提升泡沫NiCr合金的压缩强度和能量吸收能力,但对其比强度没有明显的影响。(3)Al涂层的厚度随着包埋渗时间的延长而增加,通过包埋渗法制备的Al涂层可分为三层,从涂层表面到基体依次为?-Ni2Al3和Cr5Al8层、β-NiAl和α-Cr层、γ′-Ni3Al层,其中,?-Ni2Al3和Cr5Al8层占据了涂层的绝大部分。基体泡沫NiCr合金中的Cr元素会抑制Al元素的向内扩散,且Cr含量越高,抑制作用越强。(4)Al涂层能显著提升泡沫NiCr合金的力学性能,其压缩强度、比强度和能量吸收能力随着表面Al涂层厚度的增大而升高,但涂层会极大地增大泡沫NiCr合金的脆性。泡沫NiCr合金在包埋渗20 min后可以保持其塑性,但在包埋渗40 min、60 min后,其表面涂层在压缩过程中会发生严重的破裂和剥落,严重降低其塑性。泡沫NiCr合金的能量吸收能力随包埋渗时间的延长先提升后下降,其能量吸收效率则随包埋渗时间的延长逐渐降低。
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