《镍基复合材料》PPT课件.ppt

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1、镍基复合材料镍基复合材料金属基复合材料金属基复合材料发展发展。在各种复合材料的发展过程中。在各种复合材料的发展过程中,金属基复合材料金属基复合材料(Metal Matrix Composites MMCs)的的 研究、生产及发展起步较晚研究、生产及发展起步较晚,但是由但是由于其具有低热胀于其具有低热胀 系数、高耐热性、在动力结构方面的高比强度、系数、高耐热性、在动力结构方面的高比强度、高比高比 模量、耐磨损和抗老化等特点模量、耐磨损和抗老化等特点,所以倍受人们青睐所以倍受人们青睐,尤其是尤其是在汽车、航空、航天领域得到了广泛的应用。在汽车、航空、航天领域得到了广泛的应用。国内外的一些科国内外的

2、一些科研院所竟相在这一领域展开深入广研院所竟相在这一领域展开深入广 泛的研究泛的研究,并取得了丰硕的成并取得了丰硕的成果。对金属基复合材料的应用和研究目前处于世界领先的国家果。对金属基复合材料的应用和研究目前处于世界领先的国家主要是美国和日本。美国把复合材料作主要是美国和日本。美国把复合材料作 为国防部的关键技术核为国防部的关键技术核心来实施心来实施,投入了大量的资投入了大量的资 金和人力金和人力,并在复合材料领域取得了并在复合材料领域取得了重大的进展重大的进展,处处 于世界领先地位。于世界领先地位。其他民用工业的应用其他民用工业的应用 其他方面其他方面,金属基复合材料还用于制造金属基复合材料

3、还用于制造高尔夫高尔夫 球杆头球杆头,自行车链轮以及医疗上的假肢等等。近年自行车链轮以及医疗上的假肢等等。近年 来来,电力行业也使用了金属基复合材料电力行业也使用了金属基复合材料,如法国的如法国的 EDF公司和美国公司和美国的的 3M 公司联合研制的一种新型纤公司联合研制的一种新型纤 维增强铝基复合材料导线维增强铝基复合材料导线,因其导电性好因其导电性好,环境适应环境适应 性好性好,耐腐蚀等特点耐腐蚀等特点,在电力传输方面在电力传输方面应用前景良好。应用前景良好。镍基复合材料镍基复合材料镍基复合材料是以镍基复合材料是以镍及镍合金为基体镍及镍合金为基体制造制造的。由于镍的的。由于镍的高温性能优良

4、高温性能优良，因此这种复，因此这种复合材料主要是用于制造合材料主要是用于制造高温下工作的零部高温下工作的零部件件。镍基复合材料最有前途的应用之一是做燃镍基复合材料最有前途的应用之一是做燃气涡轮发动机的叶片。用于镍基复合材料气涡轮发动机的叶片。用于镍基复合材料的基体主要有：纯镍、镍铬合金、镍铝合的基体主要有：纯镍、镍铬合金、镍铝合金等。金等。西门子超重型燃气轮机涡轮西门子超重型燃气轮机涡轮西门子超重型燃气轮机涡轮西门子超重型燃气轮机涡轮燃气轮机涡轮零件燃气轮机涡轮零件燃气轮机涡轮零件燃气轮机涡轮零件对于像燃气轮机对于像燃气轮机零件这类用途的，零件这类用途的，需耐较高的温度。需耐较高的温度。但由于

5、制作和使但由于制作和使用环境的温度高。用环境的温度高。其制作难度，增其制作难度，增强体与基体之间强体与基体之间化学反应的可能化学反应的可能性也变高了。性也变高了。镍基复合材料的制备镍基复合材料的制备在镍基复合材料中，一个合适的增强材料在镍基复合材料中，一个合适的增强材料必须具备良好的高温强度，热膨胀系数相必须具备良好的高温强度，热膨胀系数相匹配，同时必须与基体润湿及化学相容。匹配，同时必须与基体润湿及化学相容。金属基体与增强材料的化学相容指：不发金属基体与增强材料的化学相容指：不发生化学反应，增强体不溶于基体。下面以生化学反应，增强体不溶于基体。下面以“碳纤维增强镍基材料碳纤维增强镍基材料”为

6、例。为例。碳纤维增强镍基材料制备简述碳纤维增强镍基材料制备简述材料：材料：碳纤维碳纤维,铜铜，镍镍 。工艺步骤为。工艺步骤为 碳纤维预处碳纤维预处理理,电沉电沉 积铜积铜、清洗、清洗、中和、中和,电沉积镍电沉积镍,成型电成型电沉积镍沉积镍,坯料清洗坯料清洗、烘干、烘干,裁剪坯料放入模具裁剪坯料放入模具,真空热真空热 压压,随炉冷却随炉冷却。本发明利用三步电沉积方。本发明利用三步电沉积方法制备法制备 的的 复合材料复合材料,不仅能够满足燃气涡轮发动不仅能够满足燃气涡轮发动机机 的叶片使用要求的叶片使用要求,而且具有而且具有 良好的高温强度良好的高温强度、高高 弹性模量弹性模量、低密度、低密度、高

7、熔点、高熔点 等优点等优点 碳纤维增强镍基材料弹力假肢碳纤维增强镍基材料弹力假肢镍基复合材料应用的成功例子。强度高，耐用，不对人体造成不良影响。镍基复合材料的主要应用镍基复合材料的主要应用应用：镍基材料用于飞机、船舶、工业和车应用：镍基材料用于飞机、船舶、工业和车辆用燃气轮机的最关键的高温部件，如涡轮辆用燃气轮机的最关键的高温部件，如涡轮机叶片、导向叶片和整体涡轮等。这些领域机叶片、导向叶片和整体涡轮等。这些领域的材料主要是：的材料主要是：镍基铸造高温合金镍基铸造高温合金镍基铸造高温合金镍基铸造高温合金 以镍为主要成分的铸造高温合金，以以镍为主要成分的铸造高温合金，以“K”加序加序号表示，如号

8、表示，如K1、K2等。随着使用温度和强度等。随着使用温度和强度的提高，高温合的提高，高温合金的合金化程度越来越高，热加金的合金化程度越来越高，热加工成形越来越困难，必须采用铸造工艺进行生产。工成形越来越困难，必须采用铸造工艺进行生产。另外，采用冷却技术的空心叶片的内部复杂型腔，另外，采用冷却技术的空心叶片的内部复杂型腔，只能采用精密铸造工艺才能生产。这样，镍基变只能采用精密铸造工艺才能生产。这样，镍基变形高温合金就转化为镍基铸造高温合金。形高温合金就转化为镍基铸造高温合金。添加元素及作用添加元素及作用镍基铸造高温合金以镍基铸造高温合金以(Ni3Nb)相为基体，添加铝、钛、相为基体，添加铝、钛、

9、铌、钽等形成铌、钽等形成(Ni3Al)相（增强体）进行强化，相（增强体）进行强化，(Ni3Al)相数量较多，有的合金高达相数量较多，有的合金高达60%；加入钴能提；加入钴能提高高相的溶解温度，提高合金的使用温度；钼、钨、铬相的溶解温度，提高合金的使用温度；钼、钨、铬具有强化固溶体的作用，铬、钼、钽还能形成一系列对具有强化固溶体的作用，铬、钼、钽还能形成一系列对晶界产生强化作用的碳化物；铝和铬有助于抗氧化能力，晶界产生强化作用的碳化物；铝和铬有助于抗氧化能力，但铬降低但铬降低相的溶解度和高温强度，因此铬含量应低些；相的溶解度和高温强度，因此铬含量应低些；铪：改善合金中温塑性和强度；为了强化晶界，

10、添加适铪：改善合金中温塑性和强度；为了强化晶界，添加适量硼、锆等元素量硼、锆等元素缺点及克服方法缺点及克服方法 （1）疲劳性能稍差、塑性较低、）疲劳性能稍差、塑性较低、使用中组织稳定性有所下降；使用中组织稳定性有所下降；（2）存在疏松，性能波动较大。）存在疏松，性能波动较大。镍基复合材料的现状和前景镍基复合材料的现状和前景是由于镍的高温性能优良，因此这种复合是由于镍的高温性能优良，因此这种复合材料主要是用于制造高材料主要是用于制造高温下工作的零部件。温下工作的零部件。人们研制镍基复合材料的一个重要目的，即人们研制镍基复合材料的一个重要目的，即是希望用它来制造燃汽轮机的叶片，从而进一步提高燃汽轮机的是希望用它来制造燃汽轮机的叶片，从而进一步提高燃汽轮机的工作温度。工作温度。但目前由于制造工艺及可靠性等问题尚未解决，所以还未能取得但目前由于制造工艺及可靠性等问题尚未解决，所以还未能取得满意的结果。满意的结果。谢谢观赏