熔融Ni-(Cr,W)合金與Al2O3陶瓷的潤(rùn)濕性研究.pdf

1、Ni基合金具有較高的熱強(qiáng)性和耐蝕性,主要用于制造航天、醫(yī)療等領(lǐng)域的重要零件。Al2O3具有良好的熱傳導(dǎo)性,抗熱震性以及抗氧化性,常用作一種結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用在高溫環(huán)境中,也用作金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。其中熔融Ni基合金與Al2O3的潤(rùn)濕性在很大程度上決定了金屬基復(fù)合材料的綜合性能。
　　通過(guò)改良靜滴法觀察了1773-1873 K溫度下熔融Ni-(Cr, W)合金在單晶與多晶Al2O3基板上的潤(rùn)濕行為,采用X射線(xiàn)衍射儀、環(huán)境掃描電鏡、掃

2、描電鏡及三維光學(xué)顯微鏡等測(cè)試手段對(duì)Ni基合金/Al2O3界面及Al2O3基板表面進(jìn)行微觀形貌的觀察和成分分析。研究了實(shí)驗(yàn)溫度、合金元素、基板晶型及保護(hù)氣氛對(duì)體系潤(rùn)濕行為及界面反應(yīng)的影響,并對(duì)界面反應(yīng)進(jìn)行熱力學(xué)分析。
　　熔融Ni與多晶Al2O3的潤(rùn)濕性是研究熔融Ni基合金/Al2O3體系潤(rùn)濕性的基礎(chǔ)。觀察了1773-1873 K溫度下保護(hù)氣氛為Ar+3％H2時(shí)Ni在多晶Al2O3基板上的潤(rùn)濕行為,發(fā)現(xiàn)熔融Ni在多晶 Al2O3基板

3、上的初始接觸角經(jīng)過(guò)了快速下降和緩慢下降兩個(gè)階段最終達(dá)到平衡。根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算及檢測(cè)結(jié)果可知熔融 Ni與Al2O3基板的界面反應(yīng)產(chǎn)物為NiO、NiAl2O4、Al2O以及Ni-Al金屬間化合物。隨著溫度的升高,熔融Ni的初始接觸角以及平衡接觸角均有減小的趨勢(shì),且達(dá)到平衡的時(shí)間有縮短的趨勢(shì);隨著溫度的升高,反應(yīng)越劇烈,生成產(chǎn)物的量越多。
　　通過(guò)向純Ni中添加合金元素Cr,分析Cr對(duì)Ni-Cr/多晶Al2O3體系潤(rùn)濕性的影響。加入5%-

4、10%Cr時(shí),初始接觸角和平衡接觸角均有所下降,接觸角的下降速率提高。Cr的添加有利于界面反應(yīng)的發(fā)生,增強(qiáng)界面結(jié)合,改善體系的潤(rùn)濕性。
　　觀察分析1823-1873 K時(shí)熔融Ni-10%W合金在單晶Al2O3基板上的潤(rùn)濕行為,由于單晶表面具有各向異性,使得液滴在兩個(gè)方向上的接觸角差異較大,在不同方向上具有不同的潤(rùn)濕性,表明體系的潤(rùn)濕性受到晶面取向的影響。隨著溫度的升高,各向異性的作用更加顯著。與多晶 Al2O3基板進(jìn)行比較,分析