● 摘要
铌硅原位复合材料是在铌硅二元合金中添加一些过渡金属和难熔金属，如Cr、Hf、Ti、Al等，其组织主要由铌固溶体相（Nbss）和金属间化合物相（IMCs）组成。其中IMCs包括硅化物和Laves相，均都具有良好的高温抗氧化性能。本课题研究表明：Nb-(12,14,16)Si-22Ti-(6,10,17)Cr-2Al-2Hf合金微观组织中主要由Nbss、Nb5Si3和Cr2Nb三相组成。在1250℃下氧化100h后，表面主要形成Ti2Nb10O29、CrNbO4、Nb2O5、SiO2以及少量的Al2O3•9Nb2O5，且氧化层呈明显的层状结构。12Si-6Cr、12Si-10Cr以及12Si-17Cr-HT（Heat-Treated）、14Si-17Cr-HT合金氧化动力学曲线符合直线规律，12Si-17Cr-AC（As-Cast）、14Si-17Cr-AC、16Si-17Cr-AC和16Si-17Cr-HT合金氧化动力学曲线符合抛物线规律，16Si-17Cr合金表面形成了连续性氧化膜。合金经过热处理之后，Nbss组织变大，合金的抗氧化性能下降，12Si-6Cr-HT合金在氧化70h后失效。合金随着Cr、Si含量增加，Nbss相所占的体积分数减少，Nbss组织细化，抗氧化性能得到提高。研究了电弧熔炼、感应熔炼、磁悬浮熔炼等不同制备方法对Nb-16Si-22Ti-17Cr-2Al- 2Hf合金高温抗氧化性能影响规律。结果表明，磁悬浮熔炼的合金组织最细，抗氧化性能最好。Nb-16Si-22Ti-17Cr-2Al-2Hf合金经过喷丸处理之后，合金的抗氧化性能得到提高。研究了Nb-16Si-22Ti-17Cr-2Al-2Hf合金在高温下的氧化热力学与动力学规律，得到了Nb-Si合金氧化反应的△G0-T图。根据两相合金连续性氧化膜形成的相关理论，进行了一定的延伸，在一定的假设条件下应用于三相分析，计算了Nb-Si合金的成分、显微组织与发生活泼组元选择性外氧化所需临界值的关系。结果表明，Cr2Nb的颗粒尺寸越小、体积分数越大、分布越均匀，越有利于合金表面连续性CrNbO4膜的形成，本研究涉及的Nb-Si合金要求Cr2Nb颗粒尺寸不应大于10μm，否则很难形成连续性氧化膜。