Nb-Si基超高温合金独特性能的深入研究

作为航空发动机上关键部件上使用的超高温结构材料，Nb-Si基超高温合金在性能方面势必要比一般的材料优异很多，尤其是其高温强度、室温韧性和高温抗氧化性基本指标。

通常来说，一般材料的断裂韧性值超过20MPa·m 1—2的基本值就可满足加工和装配的设计要求。以Nb-Si基超高温合金的室温韧性来说，只要是由NbSS来提供的，所以NbSS的体积分数在很大程度上影响着材料的室温韧性。

也就是说，要想改善Nb-Si超高温基合金的室温韧性，主要是通过合金化对NbSS进行韧化的方式来实现。而对Nb起到韧化作用的合金元素主要有B、Ti和Hf等。国外报道了Ti和Hf对Nb的韧化机理，添加上述合金元素后Nb-Si 基合金的室温断裂韧性介于10～40MPa·m1—2之间，从而满足一系列要求。

高温强度是高温结构材料首先要突破的性能指标，经过Mo、W等强烈的固溶强化元素对NbSS强化后，Nb-18Si-15W-10Mo合金达到上述目标。研究发现如定向凝固及热挤出等增大晶粒尺寸、使组织定向排列、减少微观缺陷，除改善室温韧性外，还能大幅提高高温强度和蠕变抗力。

Nb在常温下化学性质稳定，但随着温度升高它在空气中会发生严重的氧化现象，发生破裂氧化。铌在低于350℃空气中氧化增重呈抛物线规律，而在高于350℃的空气中，氧化增重呈直线规律，氧化速率增大。

随着温度的进一步增加，铌中氧的溶解度也会进一步上升，因此在高温条件下Nb及Nb-Si合金必须在抗氧化涂层保护下使用。