Pt-Rh-Zr-Y合金组织及力学性能的研究
铂族工程材料(金属 Pt、Pt合金等)无论在常温还是在高温均具有良好的力学性能和化学惰性,常被加工成搅拌器、漏板、坩埚等,用于玻璃、陶瓷、化工等领域。在玻璃纤维、平板显示玻璃等制造流程,仅高性能铂族工程材料方能满足高温长时间稳定服役要求,具有不可替代性。常规的金属铂、铂合金在高温下长时间使用后晶粒容易长大为竹节状,高温力学性能恶化,出现变形甚至破裂等问题。通过晶界强化、固溶强化、形变强化、第二相强化、氧化物弥散强化等方法能提升Pt合金性能,其中氧化物弥散强化Pt-Rh合金是业界最为推崇的高性能Pt族工程材料之一。本文针对目前玻璃纤维、...
铂族工程材料(金属 Pt、Pt合金等)无论在常温还是在高温均具有良好的力学性能和化学惰性,常被加工成搅拌器、漏板、坩埚等,用于玻璃、陶瓷、化工等领域。在玻璃纤维、平板显示玻璃等制造流程,仅高性能铂族工程材料方能满足高温长时间稳定服役要求,具有不可替代性。常规的金属铂、铂合金在高温下长时间使用后晶粒容易长大为竹节状,高温力学性能恶化,出现变形甚至破裂等问题。通过晶界强化、固溶强化、形变强化、第二相强化、氧化物弥散强化等方法能提升Pt合金性能,其中氧化物弥散强化Pt-Rh合金是业界最为推崇的高性能Pt族工程材料之一。本文针对目前玻璃纤维、平板显示玻璃制造中广泛使用的Pt-Rh合金在性能上的不足,研究了Zr、Y氧化物复合弥散强化Pt-20Rh合金的高低温组织及力学性能。
  本研究主要内容包括:①采用合金熔制、制粉、内氧化、粉末成型、轧制、热处理等工艺,制备了Zr含量0~0.3wt%、Y含量0~0.05wt%的Pt-Rh-Zr-Y合金系列片材试样。②采用金相显微镜、电子显微镜、X射线衍射等,观察分析了合金的微观组织及相组成。结果表明:Pt-Rh-Zr-Y合金组织呈纤维状;组成合金的相主要为铂铑固溶体基体相和增强相,增强相主要为氧化物弥散相和金属间化合物沉淀相,其中氧化物弥散相主要为Y2O3,ZrO2,Zr-Y-O氧化物,金属间化合物沉淀相主要为Pt3Y、Rh2Y、Rh3Zr;Zr含量由0增加到0.3wt%,Pt-20Rh-xZr-0.015Y合金晶粒宽度呈先增大后减小趋势,再结晶晶粒含量变化趋势不明显,Pt-20Rh-0.1Zr-0.015Y合金晶粒宽度最大且再结晶晶粒最少;Y含量由0增加到0.050wt%, Pt-20Rh-0.1Zr-xY合金晶粒宽度和再结晶晶粒含量变化无明显趋势,Pt-20Rh-0.1Zr-0.015Y合金晶粒宽度最大且再结晶晶粒最少。③测试分析了Pt-20Rh-xZr-0.015Y合金室温和高温的力学性能,结果表明:Pt-20Rh-xZr-0.015Y合金较Pt-20Rh合金强度大幅度提升,延伸率明显减小;Zr含量由0增加到0.3wt%,室温时Pt-20Rh-xZr-0.015Y合金的屈服强度和抗拉强度持续增加,延伸率呈持续减小的趋势;高温时Pt-20Rh-xZr-0.015Y合金的屈服强度和抗拉强度持续增加,延伸率呈持续减小的趋势;Pt-20Rh-0.3Zr-0.015Y合金室温屈服强度和抗拉强度达到最高值为261MPa和557MPa,较 Pt-20Rh合金分别提高136.8%和47.6%,高温屈服强度和抗拉强度达到最高值为122MPa和149MPa,较Pt-20Rh合金分别提高127.3%和30.2%;Pt-20Rh-0.3Zr-0.015Y合金的室温延伸率和高温延伸率为48.6%和22.6%。④测试分析了 Pt-20Rh-0.1Zr-xY合金室温和高温的力学性能,结果表明:Pt-20Rh-0.1Zr-xY合金较Pt-20Rh合金强度大幅度提升,延伸率明显下降;Y含量由0增加到0.050wt%,室温下合金的屈服强度和抗拉强度呈现先增加后减小的变化趋势,合金延伸率呈振幅波动趋势,且变化量很小;高温时合金的屈服强度、抗拉强度以及延伸率呈振幅波动趋势,且变化量很小;Pt-20Rh-0.1Zr-0.015Y合金室温屈服强度和抗拉强度最高为250MPa和492MPa,较 Pt-20Rh合金分别提高127.3%和30.2%,高温屈服强度和抗拉强度为97MPa和134MPa,较Pt-20Rh合金分别提高76.4%和59.5%;Pt-20Rh-0.1Zr-0.015Y合金的室温延伸率47.7%为Pt-20Rh-0.1Zr-xY合金中最高,该合金高温时延伸率为27.0%。⑤探讨了合金组织与性能间关系及合金强化机理,认为:Pt-Rh-Zr-Y合金的室温和高温组织都呈纤维状,且晶粒长宽比值较大,有助于合金在高低温时保持较高强度;Pt-Rh-Zr-Y铂合金强化应该为包含固溶强化、氧化物弥散强化、沉淀强化等在内的多种强化形式的复合强化:Rh固溶在Pt中强化基体,弥散于晶界处的氧化物微颗粒及金属间化合物碍位错运动、抑制晶界迁移以及晶粒长大等。
展开
作者: 张云
学科专业: 材料科学与工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 重庆大学
导师姓名: 谢卫东
学位年度: 2017
语 种: chi
分类号: TG146.33 TG113.12
在线出版日期: 2018年4月16日