Оксидно-дисперсионно-упрочненный сплав - Википедия - Oxide dispersion-strengthened alloy

Оксидно-дисперсионные упрочненные сплавы (ОРВ) состоят из металлической матрицы, в которой диспергированы мелкие частицы оксида. Их используют для высоких температура турбина лезвия и теплообменник трубки.^[1] Сплавы из никель являются наиболее распространенными, но работа ведется над утюг алюминий сплавы.^[2] Стали с ОРВ используются в ядерной сфере.^[3]

Материалы с ОРВ используются на космических кораблях в качестве слоя, предназначенного для защиты транспортного средства, особенно при входе в атмосферу. Кроме того, в производстве стекла используются ОРВ-материалы из сплавов благородных металлов, например сплавы на основе платины.

Когда дело доходит до повторного входа в гиперзвуковой скорости, свойства газов резко меняются. Ударные волны которые могут нанести серьезный ущерб любой конструкции. Также при таких скоростях и температурах кислород становится очень агрессивным.

Механизм

Упрочнение оксидной дисперсии основано на некогерентности частиц оксида в решетке материала. Оксидные частицы уменьшают движение дислокаций внутри материала и, в свою очередь, предотвращают ползучесть. Поскольку частицы оксида некогерентны, дислокации могут преодолеть частицы только за счет взбираться. В то время как, если бы частицы были полукогерентными или когерентными с решеткой, дислокации могли бы просто сдвигать частицы. Подъем менее энергетически выгоден (происходит при высоких температурах), чем простое срезание, и поэтому более эффективно останавливает движение дислокации. Подъем может происходить либо на границе раздела частиц с дислокацией (локальный подъем), либо путем преодоления сразу нескольких частиц (общий подъем). Общий набор высоты требует меньше энергии и поэтому является обычным механизмом набора высоты. Наличие некогерентных частиц вносит пороговое напряжение (σ_т), поскольку необходимо будет приложить дополнительное напряжение, чтобы дислокации прошли мимо оксидов путем подъема. Более того, дислокация даже после преодоления частицы путем подъема может все еще оставаться закрепленной на границе раздела частиц с матрицей с привлекательным явлением, называемым межфазным закреплением.^[4][5] что дополнительно требует дополнительного порогового напряжения для отделения дислокации от этого пиннинга, которое необходимо преодолеть, чтобы произошла пластическая деформация.^[6] Следующие уравнения представляют скорость деформации и напряжение в результате введения оксидов в материал.

Скорость деформации:

${ displaystyle { overset {.} { epsilon}} = A '({ frac { sigma - sigma _ {t}} { mu}}) ^ {n}}$

Пороговое напряжение сдвига:

${ displaystyle tau _ {th} = { frac { alpha} {2}} { frac {Gb} {l}}}$

Синтез

Свойства ползучести сталей ODS в значительной степени зависят от характеристик частиц нанооксидов, которые существуют в металлической матрице, в частности от способности этих частиц предотвращать движение дислокаций, а также от размера и распределения частиц. Hoelzer с соавторами показали, что сплав, содержащий однородную дисперсию 1-5 нм Y₂Ti₂О₇ нанокластеры обладают превосходными свойствами ползучести по сравнению со сплавом с гетерогенной дисперсией нанокластеров 5-20 нм того же состава.^[7] В поисках новых сталей с ODS важно сосредоточиться на процессах, которые позволяют формировать плотную однородную дисперсию небольших нанокластеров.

Упрощенная схема традиционного процесса стали ODS (а) и модифицированного процесса, способствующего образованию нанооксидов

Стали ODS обычно производятся путем измельчения в шаровой мельнице интересующего оксида (например, Y₂О₃, Al₂О₃) с предварительно легированными металлическими порошками с последующим прессованием и спеканием материала. Считается, что нанооксиды переходят в твердый раствор с металлом во время шаровой мельницы, а затем осаждаются во время термической обработки с образованием стали ODS. Этот процесс кажется простым, но для получения хорошо сделанного сплава необходимо тщательно контролировать многие параметры. Leseigneur и его коллеги провели работу по тщательному контролю некоторых из этих параметров, чтобы получить более стабильную и лучшую микроструктуру в стали с ОРВ.^[8] В этом двухстадийном методе оксид измельчают в шаровой мельнице в течение более длительных периодов времени, чтобы обеспечить однородный твердый раствор оксида в металлической матрице. Затем порошок отжигают при более высоких температурах, чтобы начать контролируемое зарождение кластеров нанооксида. Наконец, порошок снова сжимают и спекают, чтобы получить конечный материал.

Преимущества и недостатки^{[нужна цитата ]}

Преимущества:

• Может подвергаться механической обработке, пайке, формованию, резке доступными способами.
• Образует самовосстанавливающийся защитный оксидный слой.
• Этот оксидный слой стабилен и имеет высокий коэффициент излучения.
• Позволяет проектировать тонкостенные конструкции (сэндвич).
• Устойчив к суровым погодным условиям в тропосфера.
• Низкая стоимость обслуживания.
• Низкая стоимость материала.

Недостатки:

• Он имеет более высокий коэффициент расширения, чем другие материалы, что вызывает более высокие термические напряжения.
• Более высокая плотность.
• Более низкая максимально допустимая температура.

Смотрите также

• Суперсплав

Рекомендации