中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心知识库

Nb-Si 基超高温合金具有较高的熔点、适中的密度和优良的高温强度，有望成为新一代高温结构材料。本文以纯Nb、Si等粉末为原料，应用SPS技术制备了Nb-Si基超高温合金，系统地考察了Si元素含量、SPS工艺参数以及合金元素Ti和Cr对合金物相组成、微观组织和力学性能的影响并研究了其强韧化机理。主要结果如下：

（1）应用SPS 技术制备了 Nb-16Si、Nb-18Si和Nb-20Si(各成分均为原子百分比，下文相同)合金，考察了Si含量对合金物相组成、微观组织和力学性能的影响。合金主要由Nb_ss 和Nb₅Si₃两相组成，随着Si含量的增加，合金的硬度和强度不断增加，而断裂韧性则降低；在Nb-18Si和Nb-20Si合金中存在少量的未反应完的Si，而Nb-16Si合金中Si反应完全，具有较好的强度和断裂韧性。

（2）研究了烧结温度、保温时间和升温/降温速率等SPS工艺参数对Nb-16Si合金物相组成、微观组织和力学性能的影响。较高的烧结温度、较长的保温时间、较慢的加热速率和较快的冷却速率均有利于提高合金的力学性能；应用优化后的SPS工艺制备出的 Nb-16Si 合金具有优异的室温断裂韧性和高温强度。

（3）制备了Nb-16Si-XTi(X=0, 5, 10, 15, 20)合金，考察了Ti元素对合金物相组成、微观组织和力学性能的影响。添加10%的Ti元素能够提高合金的室温断裂韧性，但降低了强度和硬度；当Ti的添加量超过15%时，会促进亚稳相Nb₃Si的形成，提高了合金的强度和硬度，但降低了断裂韧性。

（4）制备了Nb-16Si-10Ti-XCr和Nb-16Si-20Ti-XCr(X=0, 2, 5)合金，考察了Cr元素对合金物相组成、微观组织和力学性能的影响。Cr主要固溶于Nb_ss相，提高了Nb-16Si-10Ti-XCr合金的强度和硬度，但降低了其断裂韧性；添加2%的Cr元素抑制了Nb-16Si-20Ti合金中亚稳相Nb₃Si的形成，使合金的强度和韧性同时提高。