γ/γ’型鉑基高溫合金層錯能的第一性原理研究
發(fā)布時間:2021-10-18 21:44
鉑(Pt)合金具有較高的熔點,良好的高溫強度,高溫抗腐蝕性和抗氧化性,能經受極端復雜條件和高溫的考驗,在微電子電氣、航空航天、能源、化工等現(xiàn)代高新技術領域具有重要的應用,是非常具有潛力的新一代高溫結構材料?紤]到鉑材料在軍事和國防領域的重要性,發(fā)展性能優(yōu)越的鉑基高溫合金意義重大。鉑可以回收,合金化可以降低鉑的成本,因此對鉑的研究也越來越多,F(xiàn)有的成熟的鉑合金材料雖然在熔點、抗腐蝕性等方面有著極大的優(yōu)勢,但較差的高溫強度和延性仍限制著其發(fā)展。Y/γ’型鉑基高溫合金在Y基體相中引入具有超高熔點的γ’沉淀相,能顯著提高合金熔點,強化材料的高溫力學性能,有望成為良好的液體火箭發(fā)動機噴管材料。以滑移系豐富的面心立方Pt為基體Y相,以具備高熔點和高強度的Pt3Hf作為γ’沉淀相的Y/γ’型鉑基高溫合金顯著提高了 Pt的力學性能,但是目前對其強化機制還不清楚。本文基于第一性原理方法研究γ/γ’型鉑基高溫合金材料的強韌化機制。全文主要工作及主要結果如下:(1)基于第一性原理方法研究了合金元素對Pt層錯能的影響。計算所得純Pt的層錯能為284mJ/m2,和實驗結果及文獻結果符合較好。模擬發(fā)現(xiàn),除元素Y以...
【文章來源】:北京交通大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:66 頁
【學位級別】:碩士
【部分圖文】:
圖1-1鉑的晶體結構??Fi.?1-1?The?crstal?structure?of?Pt??
1.3.1固溶強化型鉑基高溫合金??Pt中常見的固溶強化元素有Mo、W、Zr、Hf、Y、Ru、Ir、Rh、Pd等。這??些元素在不同的溫度對Pt有不同程度的固溶強化作用。圖1-2給出幾種金屬對Pt??的常溫強化效應。橫坐標是溶質的濃度,縱坐標為高溫拉伸強度。??(l)Mo、W、Ir、Ru?對?Pt?的作用??Mo、W、Ru、Ir等在常溫下對Pt有很強的固溶強化效果。添加少量(<1°/〇)的??Mo、W、Ru、Ir等元素在Pt-Rh合金中,可以提高合金的持久強度,降低蠕變速??率[13]。但是在高溫情況下,這些元素容易氧化揮發(fā),并且隨著溫度的升高這些元??素的揮發(fā)損失迅速增加。Pt-Ir合金中Ir的含量超過20%時,1100°C下Ir的損失量??比在900°C加熱時損失大10倍以上[14]。Mo和W的揮發(fā)性比Ir和尺11強[13]。作為??高溫結構材料,基體元素的高溫力學性能和熱學穩(wěn)定性以及溶質元素的高溫穩(wěn)定??3??
沉淀相形狀不規(guī)則;6at.%時,丫'相的最高體積分數(shù)能達到約23%,形狀呈立方體??并整齊排列,沉淀相與基體的錯配度達到-0.1%;?8at.%時,Y'相由立方體轉變?yōu)??球形微粒[41,43],如圖1-3所示。??A1的含量也能控制/相的體積分數(shù)。在Pt-Al-Cr-Ni中,A1的含量控制在12-??15at.%時能增加/相的體積分數(shù)。1500°C添加13at.%的A1后,Y相的體積分數(shù)達??到30%,高于這個含量則會形成共晶反應?刂坪线m的成分含量可以獲得高強度、??9??
【參考文獻】:
期刊論文
[1]高溫強化鉑合金研究進展[J]. 賈志華,鄭晶,王軼,操齊高. 貴金屬. 2017(S1)
[2]二硝酰胺銨無毒推進劑用燃燒室材料研究進展[J]. 蔡宏中,易健宏,魏燕,鄭旭,張詡翔,胡昌義. 貴金屬. 2017(S1)
[3]鉑強化技術實驗研究[J]. 朱文革. 中國資源綜合利用. 2016(05)
[4]鎳基高溫合金的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J]. 唐中杰,郭鐵明,付迎,惠枝,韓昌松. 金屬世界. 2014(01)
[5]鉑銠合金系基本力學性能的第一性原理研究[J]. 陳松,陸建生,謝明,夏璐,潘勇,胡潔瓊. 稀有金屬. 2015(03)
[6]貴金屬高溫材料的研究及應用進展[J]. 魏燕,陳家林,胡昌義,蔡宏中,鄭旭,祈小紅,陳力. 貴金屬. 2013(S1)
[7]第一性原理在鎂合金研究中的應用現(xiàn)狀[J]. 吳菊英,湯愛濤,潘復生. 材料導報. 2012(21)
[8]近年全球鉑族金屬資源及鉑、鈀、銠供需狀況淺析[J]. 董海剛,汪云華,范興祥,李柏榆. 資源與產業(yè). 2012(02)
[9]彌散強化相對PtIr5合金高溫蠕變性能的影響[J]. 康菲菲,張昆華,管偉明,陳松,張吉明. 稀有金屬材料與工程. 2012(02)
[10]姿/軌控液體火箭發(fā)動機推力室高溫抗氧化涂層[J]. 徐方濤,張緒虎,賈中華. 宇航材料工藝. 2012(01)
博士論文
[1]過渡族金屬元素對鎳基合金力學性能影響的第一原理研究[D]. 文敏儒.清華大學 2017
本文編號:3443549
【文章來源】:北京交通大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:66 頁
【學位級別】:碩士
【部分圖文】:
圖1-1鉑的晶體結構??Fi.?1-1?The?crstal?structure?of?Pt??
1.3.1固溶強化型鉑基高溫合金??Pt中常見的固溶強化元素有Mo、W、Zr、Hf、Y、Ru、Ir、Rh、Pd等。這??些元素在不同的溫度對Pt有不同程度的固溶強化作用。圖1-2給出幾種金屬對Pt??的常溫強化效應。橫坐標是溶質的濃度,縱坐標為高溫拉伸強度。??(l)Mo、W、Ir、Ru?對?Pt?的作用??Mo、W、Ru、Ir等在常溫下對Pt有很強的固溶強化效果。添加少量(<1°/〇)的??Mo、W、Ru、Ir等元素在Pt-Rh合金中,可以提高合金的持久強度,降低蠕變速??率[13]。但是在高溫情況下,這些元素容易氧化揮發(fā),并且隨著溫度的升高這些元??素的揮發(fā)損失迅速增加。Pt-Ir合金中Ir的含量超過20%時,1100°C下Ir的損失量??比在900°C加熱時損失大10倍以上[14]。Mo和W的揮發(fā)性比Ir和尺11強[13]。作為??高溫結構材料,基體元素的高溫力學性能和熱學穩(wěn)定性以及溶質元素的高溫穩(wěn)定??3??
沉淀相形狀不規(guī)則;6at.%時,丫'相的最高體積分數(shù)能達到約23%,形狀呈立方體??并整齊排列,沉淀相與基體的錯配度達到-0.1%;?8at.%時,Y'相由立方體轉變?yōu)??球形微粒[41,43],如圖1-3所示。??A1的含量也能控制/相的體積分數(shù)。在Pt-Al-Cr-Ni中,A1的含量控制在12-??15at.%時能增加/相的體積分數(shù)。1500°C添加13at.%的A1后,Y相的體積分數(shù)達??到30%,高于這個含量則會形成共晶反應?刂坪线m的成分含量可以獲得高強度、??9??
【參考文獻】:
期刊論文
[1]高溫強化鉑合金研究進展[J]. 賈志華,鄭晶,王軼,操齊高. 貴金屬. 2017(S1)
[2]二硝酰胺銨無毒推進劑用燃燒室材料研究進展[J]. 蔡宏中,易健宏,魏燕,鄭旭,張詡翔,胡昌義. 貴金屬. 2017(S1)
[3]鉑強化技術實驗研究[J]. 朱文革. 中國資源綜合利用. 2016(05)
[4]鎳基高溫合金的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J]. 唐中杰,郭鐵明,付迎,惠枝,韓昌松. 金屬世界. 2014(01)
[5]鉑銠合金系基本力學性能的第一性原理研究[J]. 陳松,陸建生,謝明,夏璐,潘勇,胡潔瓊. 稀有金屬. 2015(03)
[6]貴金屬高溫材料的研究及應用進展[J]. 魏燕,陳家林,胡昌義,蔡宏中,鄭旭,祈小紅,陳力. 貴金屬. 2013(S1)
[7]第一性原理在鎂合金研究中的應用現(xiàn)狀[J]. 吳菊英,湯愛濤,潘復生. 材料導報. 2012(21)
[8]近年全球鉑族金屬資源及鉑、鈀、銠供需狀況淺析[J]. 董海剛,汪云華,范興祥,李柏榆. 資源與產業(yè). 2012(02)
[9]彌散強化相對PtIr5合金高溫蠕變性能的影響[J]. 康菲菲,張昆華,管偉明,陳松,張吉明. 稀有金屬材料與工程. 2012(02)
[10]姿/軌控液體火箭發(fā)動機推力室高溫抗氧化涂層[J]. 徐方濤,張緒虎,賈中華. 宇航材料工藝. 2012(01)
博士論文
[1]過渡族金屬元素對鎳基合金力學性能影響的第一原理研究[D]. 文敏儒.清華大學 2017
本文編號:3443549
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