Влияние легирования на фазовый состав, структуру, термоэмиссию и жаропрочность ниобия (1095012)
Текст из файла
На правах рукописиПолунов Игорь ЛьвовичВлияние легирования на фазовый состав, структуру,термоэмиссию и жаропрочность ниобия.Специальность 05.16.09«Материаловедение (машиностроение)»Автореферат диссертации на соискание ученой степеникандидата технических наук.Москва 2010 г.Работа выполнена в МГТУ «МАМИ» на кафедре «Технологияконструкционных материалов».Научный руководитель:Доктор технических наук, профессорАрзамасов Владимир БорисовичОфициальные оппоненты:1.Доктор технических наук, профессорБаранов Юрий Викторович2.Кандидат технических наук, старший научный сотрудникАлиев Алиназар Акпер ОглыВедущая организация: ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина»Защита состоится «19» мая 2010 г.
в 14.15 часов в аудитории 1706На заседании диссертационного совета Д212.129.01 в Московскомгосударственном индустриальном университете (МГИУ) по адресу:115280, Москва, Автозаводская ул., д. 16С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГИУ.Автореферат разослан «_____» апреля 2010 г.Ученый секретарьДиссертационного Совета Д 212.129.01Кандидат технических наук, доцентИванов Ю.С.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В настоящее время стало ясно, что запасыорганического топлива на планете ограничены, а темпы их расходованиястоль велики, что необходимо разрабатывать альтернативные системыэнергосбережения. Особенно остро эта проблема стоит для различных видовтранспорта, парк которых неуклонно растет.С этих позиций представляется перспективным прямое преобразованиетепловой энергии рабочих газов транспортных средств в электрическую длятехнологических нужд транспорта и жизнеобеспечения находящегося в нихэкипажа.К одним из важнейших вопросов создания эффективных и надежныхтермоэмиссионных преобразователей энергии (ТЭП) относятся проблемыкатодных материалов, которые должны удовлетворять условиям ихэксплуатации: высокими и стабильными значениями термоэмиссии ижаропрочности, совместимостью с парами бензина, масел, влаги и другимикомпонентами установки при 1000-1300 ºС.В настоящее время в различных конструкциях ТЭП, работающих при 10001300 ºС, используются катоды из чистого ниобия или его малолегированныхсплавов, которые на современном уровне техники не всегда могутобеспечитьвысокиеистабильныезначенияфизико-механическиххарактеристик.Надо отметить, что если успехи в решении вопросов повышенияжаропрочности ниобия значительны, то такая важнейшая характеристика кактермоэмиссия катодов с поли- и монокристаллическими структурамиприводится лишь для чистых металлов и их малолегированных сплавов,которые не обеспечивают необходимые рабочие свойства катодов ТЭП.В соответствии с этим представляет интерес исследовать влияниелегирования на термоэмиссионные и жаропрочные свойства ниобия с цельюразработки составов катодных материалов ТЭП, обеспечивающих высокиеэксплуатационные характеристики.ЦЕЛЬРАБОТЫ.Исследованиевзаимодействияниобияслегирующими элементами 4А-6А групп, и углеродом, их влияние на основныесвойства, отвечающие требованиям, предъявляемым к катодам ТЭП.НАУЧНАЯ НОВИЗНА.1.Впервые теоретически и экспериментально определены работы выходаэлектронов для двойных, тройных и многокомпонентных сплавов ниобия,легированных элементами IVA-VIA групп.2.Дано научное обоснование значений работы выхода электрона иползучести для сплавов ниобия, разработаны технологические положения обуправлении параметрами термоэмиссии и жаропрочности путем созданиясоответствующего структурного состояния.3.Экспериментально установлены данные влияние состава, температуры иструктурногосостоянияжаропрочности,которыетермодинамическогонахарактеристикисовпадаютанализастермоэмиссиирасчетнымипрогнозированияизначениямикомплексафизико-механических свойств перспективных композиций.4.
Разработаны и исследованы кинетика и механизм образования вторых фаз вмногокомпонентныхобработкинасистемах,процессывлияниераспадалегированияпересыщенныхитермическойтвердыхрастворовлегирующих элементов в ниобии, а также процессы диффузии, адсорбции идесорбции на поверхности катодов.5.Сформулированынаучныепредставленияорядеобщихзакономерностей процессов твердофазного взаимодействия в сплавах ниобия,что дает возможность теоретически обосновывать перспективные составыматериалов для катодов ТЭП.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Установленные закономерности влияниялегированиянатермоэмиссиюижаропрочностьниобияпозволилиразрабатывать составы для катодов ТЭП с высоким ресурсом работы притемпературах 1000-1300 °С для различных видов транспорта.АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.
Материалы диссертационной работы докладывалисьна всероссийской научно-технической конференции «Молодежь инаука: реальность и будущее» (Невинномысск - 2009 г.), международномнаучном симпозиуме «Автотракторостроение – 2009» (Москва – 2009 г.), атакже на научных семинарах МГТУ «МАМИ» (2007, 2008 и 2009 гг.). Крометого, четыре научно-технические разработки сплавов тугоплавких металловдля электродов различного назначения внесены в каталог МГТУ «МАМИ».ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, 5 изкоторых в изданиях, рецензируемых ВАК.ОБЩИЙ ОБЪЕМ И СТРУКТУРА.
Диссертация состоит из введения, семиглав, основных выводов и результатов, списка литературы из наименований.Содержит 132 листа машинописного текста, 58 рисунков и 22 таблицы.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.ВВЕДЕНИЕ. Обосновывается актуальность рассматриваемой проблемыисследования и определены пути ее решения.ГЛАВА 1. Дан краткий обзор применяемых в настоящее время материалов наоснове ниобия для катодов термоэмиссионных преобразователей энергии,показано, что они в ряде случаев не удовлетворяют возросшим требованиямтехники.С целью повышения характеристик термоэмиссии и жаропрочности былирассмотренывопросырациональноголегированияниобиянабазесовременных представлений о твердофазном взаимодействии.Анализ данных о температурах плавления и кипения, теплотахобразования,термоэмиссионныеипрочностныесвойствасоединенийпереходных металлов с бором, углеродом, азотом и кислородом показал, чтопо комплексу всех рассмотренных характеристик наиболее перспективнымиупрочняющими и активирующими компонентами в ниобии для катодныхматериалов ТЭП, работающих при температурах 1000-1300 °С, являютсяпереходные металлы 4А-6А групп и их соединения с углеродом.Показано, что для выбора новых электродных материалов дляТЭП необходимо знание процессов, происходящих в самом электроде и на егоповерхности, а также влияние этих процессов на работоспособность идолговечность электродов.
Проведение таких исследований затруднено последующим причинам: высокие рабочие температуры электродов, большойток, вакуумная среда, сложность изучения поведения легирующих элементов вматричном материале и на его поверхности. Кроме того, многие вопросы,связанные с изучением термоэмиссионных процессов, происходящих во времяработы высокотемпературных электродов, в литературе отсутствуют.
Поэтомувданнойработебылапоставленазадачаустановленияосновныхзакономерностей влияния легирования на термоэмиссионные и жаропрочныесвойства ниобия с целью разработки электродных материалов с высокойстепенью надежности.В связи с этим и в соответствии с целью настоящей работы былонеобходимо решить следующие задачи:- теоретическиивзаимодействияэкспериментальнолегирующихизучитьэлементоввпроцессыниобии,атвердофазноготакжереакциина поверхности катода;- установить зависимости влияния фазовых и структурных превращенийна термоэмиссию и жаропрочность сплавов;- исследоватькатодоввысокотемпературнуюТЭП,определитьработоспособностьосновныефакторы,материаловдляобусловливающиеразвитие деформации;- разработать оптимальные составы материалов на основе ниобия длякатодов ТЭП и способы их термической обработки для обеспечениявысоких эксплуатационных свойств.ГЛАВА 2.
Для оценки устойчивости карбидов в ниобии был проведентермодинамический анализ возможности протекания реакций взаимодействия всплавах ниобия с учетом активностей компонентов и определено влияниефазового состава на термоэмиссию сплавов ниобия, что позволило определитьперспективные композиции для обеспечения высоких рабочиххарактеристик и значительно сузить область поисковых работ.Приведенные в настоящей главе экспериментальные и расчетные данныевлияния легирующих элементов на стабильность структурного состояния,термоэмиссиюипрочностьниобияпоказали,чтопроблемавысокотемпературных материалов для катодов ТЭП является фактическойзадачей оптимизации свойств материала за счет правильного выбора основы,научно-обоснованного подбора легирующих элементов, их количества итермодинамической стабильности в определенном интервале температур взависимости от условий работы.ГЛАВА 3.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
