● 摘要
本文设计了Nb-xTi (x=0, 16.67, 20, 25, 33.33, 50, 80, 90, 100)合金，Nb18Si-xTi (x=0, 5, 10, 15, 20)合金，Nb18Si-xHf (x=0, 1, 3, 5, 7)合金，在1250℃/3h(1h)/大气环境中进行高温氧化。通过氧化称重，XRD，EPMA等手段研究各系列合金的氧化动力学，氧化产物及合金基体的原始组织形态，探讨了Ti，Hf对铌基及铌硅基合金高温抗氧化性能的作用，研究发现：Ti能够提高铌及铌硅基合金高温抗氧化性能。Ti增加，铌及铌硅基合金的氧化产物由Nb2O5依次向Ti2Nb10O29，TiNb2O7，TiO2转变，合金的高温抗氧化性能也依次增强。通过对铌硅钛及铌钛系列合金的氧化行为进行分析，我们得出以下结论（1）提出运用实验法和结构参数计算法计算合金复合氧化产物PBR的方法，并计算合金复合氧化产物的PBR。随着Ti含量的增加，氧化膜的PBR降低，进而减小氧化膜内的生长应力，增加氧化膜的抗剥落能力，从而提高合金的高温抗氧化性能。（2）Ti2Nb10O29，TiNb2O7，TiO2的堆积系数分别为0.62，0.624，0.766，氧化产物堆积系数的增大，有利于阻碍氧空位在氧化膜内的扩散，降低氧化膜的生长速度，提高合金的高温抗氧化性能。(3)在Nb-Ti系合金中，掺杂20at%Nb的Nb80Ti具有最好的抗高温氧化能力。Hf可以提高Nb18Si合金的高温抗氧化性能。添加Hf后，合金生成Nb2O5，HfO2等氧化产物。随着Hf含量的增加，氧化膜中HfO2的量增加，合金的氧化增重随之降低。Hf对铌硅基合金高温抗氧化性能的改善作用可归结为以下三点：（1）HfO2在氧化膜中可作为阻碍扩散的质点，降低氧化膜中的传质速度，有利于提高合金的抗高温氧化性能。（2）HfO2的PBR小于Nb2O5的PBR，随着HfO2量的增加，氧化膜的生长应力降低，可以提高氧化膜的完整性，有利于提高铌硅基合金的高温抗氧化性能。（3）随着Hf含量的增加，合金基体组织得到细化，改善了氧化膜中不同氧化产物界面的应力状态，从而进一步提高氧化膜的完整性，有利于提高铌硅基合金的高温抗氧化性能。