W-5Re-xHfC复合材料微观结构与力学性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

钨铼合金具有高熔点、高强度、高硬度、高的再结晶温度、高电阻率等优势[1~2],在现代核子技术、宇航技术、测温领域、仪器仪表和其它先进科学技术领域内具有广阔的运用前景[3~6]。其中,以含有5wt%re含量的w-5re合金作为正极材料的w-5re/w-20re、w-5re/w-26re等热电偶广泛应用于航空测温和工业实践当中,同时,在航空航天领域w-5re合金亦被用作热离子能量转换器发射材料。然而,w-5re合金存在室温强韧性不高的问题,特别是室温塑性较差,难以满足日益增长的航空测温等要求,极大地限制了材料的应用前景[7]

针对如何提高钨铼合金材料使其元件的综合性能,使其更加符合工业要求,国内外开展了大量的研究工作[8~14]。常用的方法有两种,一种为添加合金元素,例如,makoto等人[8]通过粉末冶金和热轧的方法在w-3re中掺杂k元素用以提高钨铼合金的高温强度。xu等人[14]通过真空电弧熔炼法在w-2re合金中固溶1wt%ta,将w-2re合金的硬度从5.85gpa提高到6.93gpa。取得了不错的实验效果。另一种为添加陶瓷相形成复合材料。金属-陶瓷复合材料是由金属或合金与陶瓷组成的非均质复合材料,它既保持有陶瓷的高强度、高硬度、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性,又有较好的金属韧性和可塑性。 todd leonhardt等人[12]通过添加2wt%的hfc将钨铼合金在1926℃时的抗拉强度从185gpa提高到281gpa(旋锻态)。luo等人通过在w-re合金中添加1wt%tho2将其2000℃时的抗拉强度从190gpa提高到220gpa。zafar iqbal等人通过添加10 vol.% hfc将w-25re-hfc复合材料的硬度提高到最大,为495hv。综上,目前对于钨铼合金材料的研究,主要通过固溶强化和弥散强化等方式来提高其强度和硬度,而关于w-5re合金的室温塑性方面的提高却鲜有报道。碳化铪(hfc)是一种新型的晶粒细化剂,通过在合金中添加hfc这种晶粒细化剂可有效实现细晶强化。例如杨[15]在铸造mg-3%al中添加0.7% hfc将镁合金的平均晶粒度从365 μm细化到145 μm,充分使合金的晶粒得到细化,使合金力学性能得到较大的提升。

制备难熔复合材料的方法,大致有以下几种:烧结法、真空非自耗电弧熔炼和浸渗法等。其中,烧结的本质是在低于熔点的高温下,由于坯体颗粒间的粘结和物质传递,经过气孔排除,体积收缩等过程,逐渐形成具有一定形状和强度的致密体过程。浸渗法是将高熔点多孔基体作为支撑物,并将低熔点材料熔化渗入多孔基体的方法。采用烧结法和浸渗法制备的材料致密度有限。电弧熔炼技术通过电极放电引弧加热使元素熔化,熔炼结束后样品在水冷铜模的快速冷却作用下凝固。由于电弧熔炼温度高,在熔炼过程中原材料处于液态,物质扩散效率和反应速率高,且该方法制备工艺简单、连续可调,并且容易操作。采用电弧熔炼法制备的材料一般具有较高的强度和硬度。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

在w-5re合金的基础上,通过添加hfc达到细化晶粒和第二相强化的作用,采用电弧熔炼法制备w-5re-xhfc复合材料,研究hfc的添加量对复合材料的组织结构和室温力学性能的影响,获得室温强韧性良好的复合材料。

2.2 目标

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-6周:按照设计方案,制备w-5re-xhfc复合材料。

第7-10周:采用xrd、fe-sem、epma、万能试验机等测试技术对复合材料的物相、显微结构、力学性能进行测试。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] qunying liang, hong su, jingyan. n-doped mesoporous carbon as a bifunctional material for oxygen reductionreaction and supercapacitors [j]. chinese journal of catalysis, 2014, 35:1078–1083.

[2] cathie vix-guterl, elzbieta frackowia,krzysztof jurewicz . electrochemical energy storage in ordered porous carbonmaterials[j]. carbon, 2005, 43: 1293-1302.

[3]江奇, 张伯兰. 电化学超级电容器电极材料的研究进展. 无机材料学报, 2002, 17(4): 469-656.

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