提要：为研讨温度对刚玉基耐火材料构造和微粒零落的影响，对粉末冶金高温合金粉末制备用刚玉基(Al2O3)耐火材料举行～℃不同温度保温60min管教。采纳XRD剖析热管教先后耐火材料的构造，采纳扫描电镜对百般品举行宏观状貌观看和微区成份测定，并用黏附实习评估不同温度管教后耐火材料颗粒零落性的革新环境，摸索加热保温管教对增加颗粒零落的机理。采纳热打击测试评估不同温度管教后耐火材料耐热打击性，并测试耐火材料的显气孔率与体积密度。后果讲明：跟着加热温度抬高，耐火材猜中的铝酸钙黏结剂成份将慢慢从CaAl2O4(CA)转折为CaAl4O7(CA2),一方面耐火材猜中微小的陶瓷颗粒慢慢烧结在一同，直至造成彼此接连的平静网状构造；另一方面慢慢在大颗粒骨料上潮湿铺展并彼此接连，着末造成对大颗粒的包覆，同时耐火材料微粒黏附力将跟着加热温度的抬高慢慢坚固。采纳预热管教关于耐火材料的显气孔率、体积密度以及集体的耐热打击性影响不大，然则跟着温度抬高，关于耐火材料表面在热打击测试中的个别零落水平和品质损失率有较显然革新。在保温60min的前提下，加热温度在～℃时微粒零落显然增加，个中～℃为较优预热温度段。镍基粉末高温合金以其精良的低周疲钝、耐久和抗蠕变等综协力学机能在当代航空带动机和燃气轮机中获得宽泛运用，成为制备高机能涡轮盘的首选材料[1,2,3,4,5]。但是，镍基粉末高温合金制备经由中有意会造成非金属驳杂进而致使材料力学机能的严峻恶化，尤为会消沉低周疲钝机能[6,7,8],而且容易造成个别应力会合[9,10],成为裂纹产生和扩大[11,12]的重要原由。镍基粉末高温合金中的非金属驳杂物重要来历包罗母合金熔炼经由[13,14,15]和雾化制粉经由中重熔合金熔体来往的百般耐火材料的零落[16]、熔炼经由中的合金元素的脱氧产品[17]和粉末后管教经由[18]。唐中杰等[14]采纳真空感想熔炼法制备镍基合金K,经由电解萃取聚集原位SEM剖析法研讨了驳杂物的物相构成、尺寸状貌及成份，并剖析了驳杂物的散布、来历及造成机理，指出硅铝酸盐复合驳杂物由硅铝氧化物的单相驳杂碰撞造成；金属复合氧化物驳杂于凝集后期的偏析液中氧化析出。Gao等[16]经由研讨驳杂物和合金-坩埚界面成份随反适光阴的变动指出：在耐火材料与镍基高温合金之间的彼此影响机理中物理腐蚀在Al2O3坩埚中占主宰名望，而熔解和化学反响在MgO坩埚中占主宰名望。郑亮等[17]经由电子束钮扣锭(EB锭)实习将K中的驳杂物会聚，经剖析阐明高Cr锻造镍基高温合金K中增加稀土元素Y,Ce可灵验劫掠合金中自在态的O和S,生成平静的稀土氧化物或硫化物，起到净化合金的影响。当今针对粉末高温合金中非金属驳杂物的研讨重要会合在非金属驳杂物在粉末后管教中的演化以及对镍基粉末高温合金成品的机能影响上，而熔炼经由中由于其来往的百般耐火材料微粒零落也是造成镍基粉末高温合金中驳杂物弊病的严重来历[19,20,21]。有研讨讲明[19,20,21]:非金属陶瓷驳杂物重要来历于母合金熔炼及制粉装配中的坩埚、中心包、导流管的耐火材料，而镍基高温合金铸件中非金属驳杂物造成的最罕原谅由即是液态合金对坩埚和模具的腐蚀和热分解。因而，开展针对高温合金粉末制备用耐火材料在行使经由中存在的微粒零落环境进而混浊来往的高温合金粉末的研讨具备严重意义。本办事试验经由预热管教革新耐火材料微粒零落的环境，研讨了不同预热管教温度对耐火材料成份和晶型的影响及其对耐火材料微粒零落的革新环境。1实习材料与办法实习采纳崭新未行使的耐火材料，以刚玉(Al2O3)为主成份，还含有小量铝酸钙(CaAl2O4,CA)做为聚集剂。该耐火材料取自熔炼浇注经由中一次性行使的中心包，屡屡浇注均行使崭新的耐火材料。其制备工艺办法主如果浆料注塑压迫，而后枯燥焙烧，焙烧温度约℃。实习行使温度跟着行使征战、合金商标以及工艺请求的不同而有所不同。实习行使温度约为～℃。对耐火材料举行不同温度加热并保温60min,剖析加热温度对耐火材料的影响。采用耐火材料试样的编号和对应的加热温度如表1所示，预热管教实习的加热弧线如图1所示，经由2h的升温经由离别抵达表1所示的各加热温度，随后保温60min,空冷至室温。
表1耐火材料加热温度及编号
图1耐火材料预热管教加热弧线
采纳FEINovaNanoSEM场发射扫描电镜(scanningelectronmicroscopy,SEM)观看原始态和经由预热管教的耐火材料宏观状貌，并操纵装备的能谱仪(energydispersivespectrometer,EDS)剖析耐火材猜中各相的元素含量。采纳D8DiscoverX射线衍射仪对原始耐火材料和预热管教后的耐火材料举行X射线衍射剖析(X-raydiffraction,XRD),扫描参数筛选为4(°)/min,步长为0.02°。经由黏附实习测定耐火材料的微粒零落偏向。采纳3M导电胶对耐火材料表面举行来往黏附实习，载荷为0.N,保压光阴为15s,采纳LeicaZ16APOA体视显微镜对经由黏附的导电胶表面举行观看，并定量剖析黏附的耐火材料微粒数目，定量表征预热管教对耐火材料表面微粒零落的革新环境。采纳液体静力称量法测定各组耐火材料试样显气孔率及体积密度，以表征热管教对耐火材料显气孔率与体积密度的影响。遵从DIN—准则对原始耐火材料及经由各温度预热管教革新后的耐火材料举行耐热打击性测定。测试前将试样在(±5)℃烘箱中枯燥30min,而后放入预热至℃的高温加热炉中保温15min,再将试样浸入10～20℃的冷却水中安放3min,随后将试样从冷却水中掏出并放入(±5)℃烘箱中枯燥30min。如许轮回反复30个周次。观看试样是不是破裂以及表面开裂环境以评估试样耐热打击机能。离别称量试样在耐热打击测试先后的枯燥品质，能够策画出各试样举行耐热打击测试后的品质损失率，进而定量表征热管教对耐火材料的耐热打击机能的影响。2实习后果与剖析经由不同加热温度保温后，耐火材料的XRD后果如图2所示。该耐火材料重要以刚玉为主成份，其次尚有小量CaAl2O4(CA)黏结剂，同时含有微量的CaAl4O7(CA2)。举行不同温度保温60min热管教后，基体中的刚玉没有产生显然变动，然则做为黏结剂的CaAl2O4(CA)跟着保温温度抬高最先慢慢向CaAl4O7(CA2)转换，耐火材料的构造产生确定变动。值得注意的是，在℃下保温60min的样本中，CaAl2O4的峰所占比例比拟于未经由热管教的耐火材猜中的CaAl2O4峰所占比例略有激昂。其他样本中的CaAl2O4峰跟着保温温度抬高最先慢慢消沉直至消逝，CaAl4O7峰慢慢从原始状况的微漠抬高到较为显然。图2经由不同加热温度保温60min耐火材料的XRD后果
在加热温度为℃时，CaAl4O7峰与CaAl2O4峰的峰高逼近；在加热温度为℃时，CaAl4O7峰最先超越CaAl2O4峰的峰高；在加热温度为℃时，CaAl4O7峰最先变得特别显然，而CaAl2O4峰较为微漠；当加热温度抬高至℃后，CaAl4O7峰最先变得特别锋利，而CaAl2O4峰曾经消逝。以上实习后果讲明，在加热经由中跟着温度抬高，耐火材猜中的CaAl2O4最先慢慢转换成CaAl4O7。图3为CaO-Al2O3二元系相图[22],它是本研讨的耐火材猜中做为聚集剂的纯铝酸钙黏结剂临盆遏制的基本。图3中最低共熔点在CaO/Al2O3比为50%左右，共熔温度约为℃[23]。因而，采纳烧结法临盆铝酸钙黏结剂的烧结温度约莫为～℃,而且为液相悖响烧结。大部份铝酸钙黏结剂的化学成份遏制在图的右边，重要相成份为CaO·Al2O3(CA),CaO·2Al2O3(CA2),CaO·6Al2O3(CA6)以及12CaO·7Al2O3(C12A7)。如前所述，铝酸钙黏结剂因而CaCO3与Al2O3等为资料经煅烧和熔融而制成，按照临盆前提不同，正常耐火材猜中行使的铝酸钙黏结剂中各重要相品质分数大体为：CA40%～70%;CA%;C12A73%。因而，按照图2中的XRD剖析后果，本研讨行使的耐火材料重要以Al2O3为绝大大都骨料，以小量铝酸钙为黏结剂造成。而铝酸钙黏结剂中CA占大大都。在对耐火材料的热管教中，跟着温度抬高，CA将与Al2O3产生反响向CA2转换，同时还或许有微量CA6造成，然则或许含量较低未被XRD探测出来。跟着在较大的Al2O3骨料表面产生的反响会使得较小的颗粒产生铺展，并彼此接连造成更为牢固的网状构造将较大颗粒包覆住。图4为未经由热管教原始态的耐火材料截面扫描电镜(SEM)显微构造相片及响应的能谱剖析后果，聚集图2中的XRD剖析后果可知，地区1为大块刚玉骨料，地区2为微小刚玉粉末和CaAl2O4(CA)聚集剂填充在刚玉空隙中。由于在实习中发觉的零落的耐火材料微粒均为特别微小的颗粒，未发觉如图4中所示大块级其它刚玉颗粒零落，因而本研讨的地区重要会合于大块刚玉颗粒骨料空隙的填充地区。图3CaO-Al2O3二元系相图[22]
将图4中填充在清闲中的地区2部位强调如图5所示。经由图5的状貌及能谱剖析后果聚集图2中的XRD剖析后果，能够看出，填充在空隙中的耐火材料为微小的刚玉粉末以及做为聚集剂的CaAl2O4(CA)以及很小量的CaAl4O7(CA2)粉末搀杂物。同时，也存在着巨细颗粒的差别。地区3地点的大颗粒成份重要因而Al,O为主，含有小量的Ca元素。地区4小颗粒重要成份为Al,O和Ca,个中Ca含量比拟地区3中大颗粒有显然激昂，应为刚玉微粒与CaAl2O4(CA)微粒的搀杂区。图4原始态耐火材料截面的显微构造及EDS剖析后果(a)二次电子像；(b)背散射电子像；(c)地区1EDS剖析；(d)地区2EDS剖析
图5原始态耐火材料截面高倍宏观构造及能谱剖析后果(a)宏观构造；(b)地区3EDS剖析；(c)地区4EDS剖析
图6为不同保温温度下热管教的耐火材料断口表面SEM二次电子图象。个中图6(a)为未加热的耐火材料断口图象，图6(b)～(f)离别为经由不同加热温度保温60min的耐火材料断口图象。能够看出，未加热状况下，该耐火材料由不同巨细耐火材料颗粒构成，颗粒状况比较锋利，聚集方法为彼此挤压堆集的形状。跟着加热温度的抬高，该耐火材料颗粒状况和聚集形状最先产生变动。加热温度为℃时，耐火材料颗粒状况变动不显然，照样显现出比较锋利的状况，彼此聚集方法也以挤压堆集的形状存在。加热温度为℃时，耐火材料颗粒的状况最先由锋利变成圆钝，然则彼此聚集方法仍旧显现挤压堆集的方法，部分颗粒间存在个别烧结的环境。加热温度为℃时，耐火材料颗粒的状况进一步变得圆钝，在聚集方法上，彼此来往的颗粒间最先浮现个别烧结的局势，部分颗粒曾经最先聚集为一体。加热温度为℃时，耐火材料颗粒的状况曾经齐全圆钝，洪量的耐火材料颗粒最先烧结为一体，并浮现合并的状况。当加热温度为℃时，耐火材料颗粒险些曾经不再独自存在，由于烧结的影响曾经接连为网状构造，而且粒子也最先有好处大。图6不同保温温度下的耐火材料微小颗粒SEM图象(a)原始态；(b)℃;(c)℃;(d)℃;(e)℃;(f)℃
经由上述剖析可得，本研讨所采用的耐火材料举行预热保温管教后，跟着保温温度的抬高，较小的耐火材料粒子将彼此烧结接连成网状构造。按照上述实习后果，能够树立较小耐火材料颗粒的烧结形状，如图7所示。首先是耐火材料粒子显现原始的带尖角的状况，跟着保温温度抬高，耐火材料粒子最先变得圆钝；当保温温度持续抬高时，邻近的耐火材料粒子最先浮现烧结颈，并最先烧结在一同。当保温温度接连抬高时，烧结颈最先扩充，彼此烧结的耐火材料粒子数目也最先接连增添，并最后彼此接连成网状。图7耐火材料微小粒子烧结经由
图8为不同保温温度下热管教的耐火材料大块颗粒SEM图象。个中图8(a)为未加热的耐火材料断口图象，图8(b)～(f)离别为经由不同加热温度保温60min的耐火材料断口图象。能够看出，当未经由热管教时，微小的耐火材料颗粒会容易附着在较大的颗粒上，两者没有显然的接连状况。跟着加热温度的抬高，耐火材料巨细颗粒之间的聚集形状也最先产生变动。加热温度为℃时，颗粒状况变动不显然，彼此聚集方法也以挤压堆集的形状存在。加热温度为℃时，较小耐火材料颗粒的状况最先由锋利变成圆钝，同时在较大耐火材料颗粒上最先浮现个别的铺展和烧结的环境。加热温度为℃时，较小耐火材料颗粒在较大耐火材料颗粒上的铺展和烧结的环境更为显然，同时，较小颗粒与围困在大颗粒左近的颗粒浮现烧结接连的环境。加热温度为℃时，小颗粒在大颗粒上曾经齐全铺伸开，并在大颗粒表面造成网状构造，且与界限颗粒接连更为精细。加热温度为℃时，铺展并堆集的小颗粒曾经齐全包裹中心的大颗粒，同时与界限颗粒最先齐全造成网状构造。图8不同保温温度下的耐火材料大块颗粒SEM图象(a)原始态；(b)℃;(c)℃;(d)℃;(e)℃;(f)℃
经由上述剖析可得，本研讨所采用的耐火材料举行预热保温管教后，跟着保温温度的抬高，耐火材料粒子将彼此烧结并在大块粒子上产生潮湿铺展并举行包覆，进而消沉了耐火材料行使经由中较大颗粒零落的环境。因而，能够树立下列耐火材料粒子不变大块耐火材料颗粒的烧结形状。图9为耐火材料粒子不变大块耐火材料颗粒经由。首先较小耐火材料颗粒容易地堆集附着在大颗粒界限。跟着加热温度抬高，小颗粒最先圆钝，然则仍旧重要堆集在大颗粒界限。当加热温度持续抬高时，小颗粒最先在大颗粒表面产生浸湿铺展的环境，同时小颗粒之间最先浮现烧结的环境。当保温温度接连抬高时，小颗粒在大颗粒表面进一步铺展并彼此接连为网状构造将大颗粒齐全包覆。图9耐火材料粒子烧结不变大块耐火材料颗粒经由
图10经不同温度加热管教后耐火材料导电胶黏附后果(a)原始态；(b)℃;(c)℃;(d)℃;(e)℃;(f)℃
采纳导电胶对耐火材料表面举行黏附实习，由此能够搜检不同温度管教后耐火材料表面的抗零落做为。图10为采纳导电胶对原始耐火材料和经由热管教的耐火材料表面举行黏附实习，并采纳体视显微镜对经由黏附的导电胶表面举行观看的后果。能够看出，跟着加热温度的抬高，导电胶黏附下的耐火材料颗粒的数目和状况都在产生变动。关于未举行热管教的原始耐火材料，导电胶能够黏附特别多的耐火材料颗粒，而且这些颗粒在导电胶上散布为零星的散开状况。经由℃加热后，导电胶黏附的耐火材料颗粒仍旧特别多，相关于未举行热管教的耐火材料，在数目上稍微增加，耐火材料颗粒在导电胶上的散布仍旧为散开状况。经由℃加热后，采纳导电胶黏附耐火材料表面后，黏附的耐火材料颗粒数目最先增加，而且最先浮现有部分团圆的局势。经由℃加热后，导电胶黏附的耐火材料颗粒数目增加更为显著，而且黏附的颗粒良多都以团圆的形状存在。经由℃加热后，导电胶黏附的耐火材料颗粒数目赶紧增加至微量，同时黏附的颗粒大部份均以团圆形状存在，惟独小量颗粒以散开形状存在。经由℃加热后，导电胶黏附的微小的耐火材料颗粒险些没有，惟独几处大块的团圆的耐火材料颗粒。图11经加热管教后耐火材料导电胶黏附颗粒的面积占比
黏附零落的耐火材料颗粒为白色，与黑色导电胶造成了很好的比较度，便于后续定量剖析。图11为黏附的耐火材料颗粒所占观看视场的面积比值统计后果，以此定量表征黏附的耐火材料颗粒数目。如图11所示，跟着加热温度的抬高，黏附的耐火材料颗粒面积占比快速消沉，申明黏附的耐火材料颗粒数目在快速增加。采纳℃加热后，黏附耐火材料颗粒占视局面积比值稍微有所激昂，这是由于该样本黏附的耐火材料颗粒主如果庞大的团圆颗粒，微小的颗粒特别少。表2为采纳液体静力称量法测定的各组耐火材料试样显气孔率及体积密度。由表2可知，经由各温度热管教后，耐火材料显气孔率稍微有所升高，然则体积密度变动不大。这申明采纳热管教对所研讨的耐火材料显气孔率及体积密度影响不大。表2经热管教后各耐火材料样本显气孔率与体积密度
图12为经由耐热打击性测试后各组耐火材料试样表面状貌，能够看出包罗未经由热管教的原始试样在内的通盘6组试样，在经由30次急热急冷热打击轮回后均未产生破裂、显然开裂或剥落。同时经由观看图12(a)和图12(b)能够发觉，经由耐热打击性测试后，原始试样和采纳℃低温热管教的试样表面浮现洪量的微小龟裂纹和多处个别小范畴的耐火材料零落。如图12(c)所示，当热管教温度抵达℃时，试样表面状况最先有显然革新，试样表面变得更为光洁，更逼近未举行耐热打击性测试的试样原始表面，惟独部分地位个别有小量耐火材料零落。同时，能够发觉，关于超越℃热管教温度的试样，跟着热管教温度的抬高，试样表面状况革新水平最先不显然，这与图11中耐火材料导电胶黏附颗粒的面积占比弧线趋向是一致的。图12经不同温度热管教再举行耐热打击测试后耐火材料表面状貌(a)原始态；(b)℃;(c)℃;(d)℃;(e)℃;(f)℃
经由称量试样在耐热打击测试前的枯燥品质和测试后的枯燥品质，能够策画出各试样举行耐热打击测试后的品质损失率，进而定量表征热管教对耐火材料耐热打击机能的影响。品质损失率策画公式为：式中：l为品质损失率；w1为热打击测试前试样枯燥品质；w2为热打击测试后试样枯燥品质。图13为经不同温度热管教再举行耐热打击测试后耐火材料品质损失率。能够看出，在耐热打击测试后各组耐火材料均有不同水平的品质损失，这申明在热打击测试中，由于急热急冷的影响，固然试样集体没有产生开裂或是破裂的环境，然则各组耐火材料均有微量剥脱的环境产生。同时跟着热管教温度的升高，各组耐火材料品质损失率最先下落。在热管教温度抵达℃及以上时，各组耐火材料品质损失率比热管教温度℃时有显然下落。热管教温度超越℃后，跟着热管教温度进一步升高，品质损失率在0.05%～0.07%之间摇动。而热管教温度在℃时，其热打击测试后品质损失率约为1.0%。图13经不同温度热管教再举行耐热打击测试后耐火材料品质损失率
综关闭述剖析可知，本研讨采纳的预热管教关于耐火材料集体的耐热打击性影响不大，然则关于耐火材料表面在热打击测试中的个别零落性和品质损失率有较显然革新。3论断(1)耐火材料的重要构造为刚玉(Al2O3),同时还含有小量铝酸钙黏结剂(CaAl2O4,CA)和微量的CaAl4O7(CA2)。预热保温(～℃/60min)管教会对耐火材料的构造造成影响。跟着加热温度抬高，耐火材猜中的铝酸钙黏结剂成份将慢慢从CaAl2O4(CA)转折为CaAl4O7(CA2)。(2)跟着加热温度抬高，耐火材料微粒黏附力将慢慢坚固。耐火材猜中的微小颗粒将慢慢烧结在一同，直至造成彼此接连的平静网状构造。同时，微小的耐火材料颗粒将慢慢在做为骨料的大颗粒上潮湿铺展并接连为网络，着末将大颗粒包覆并不变于耐火材料基体上。(3)采纳热管教关于耐火材料的显气孔率、体积密度以及集体的耐热打击性影响不大，然则跟着加热温度抬高，关于耐火材料表面在热打击测试中的个别零落水平和品质损失率有较显然革新。(4)经由恰当的预热管教能够灵验革新耐火材料的微粒零落偏向，在保温光阴60min的前提下，耐火材料预热温度在～℃范畴微粒零落相对较少，个中～℃为较优预热温度段。预览时标签弗成点收录于合集#个