通过火花等离子烧结法合成的NiCr–MoSi2合金抗氧化性能增强的研究

《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE》：Investigation of Enhanced Oxidation Resistance in NiCr–MoSi2 Alloys Synthesized by Spark Plasma Sintering

本研究通过在80-20 NiCr合金中添加钼硅化物（MoSi?）并采用火花等离子体烧结（SPS）技术制备复合材料，显著提升了其高温抗氧化性能和硬度。微观结构分析表明，MoSi?的引入形成了三元Laves相和硅化物，使显微硬度从204.46 HV增至1038.22 HV，同时因Cr?O?氧化膜的形成抑制了质量损失。尽管存在氧化膜剥落或开裂现象，但复合材料的整体热稳定性显著提高。首次成功应用SPS技术整合MoSi?至NiCr合金，为高温结构材料开发提供了新途径。

　　

摘要

镍基合金因其优异的机械强度和抗氧化性能而被广泛应用于高温领域；然而，这些材料的最高工作温度仍然有限。本研究旨在通过添加难熔的二硅化钼（MoSi₂）并采用火花等离子烧结（SPS）技术制备复合材料，来提高镍铬（NiCr，80-20）合金的高温抗氧化性能。利用扫描电子显微镜-能量分散X射线光谱（SEM-EDX）、X射线衍射（XRD）、微维氏硬度测试以及1000°C下的循环氧化测试，系统地分析了合金的微观结构、相组成、硬度和氧化行为。添加MoSi₂后形成了三元Laves相和三元硅化物，使维氏硬度从204.46 HV显著提高至1038.22 HV，并由于形成了主要由氧化铬（Cr₂O₃）组成的氧化层，抑制了NiCr合金的质量增加。尽管MoSi₂的加入导致质量增加减少以及形成的氧化层出现明显的剥落和/或裂纹，但仍显著提升了复合材料的熱稳定性。研究结果凸显了MoSi₂作为添加剂在改善镍铬材料高温性能方面的潜力。本研究首次成功实现了通过SPS技术将MoSi₂整合到NiCr合金中，为开发用于高温应用的高级结构材料开辟了新的途径。