Оксидно-дисперсионно-упрочненный сплав
Сплавы, упрочненные оксидной дисперсией ( ODS ), состоят из металлической матрицы с диспергированными в ней мелкими оксидными частицами. Они используются для высокотемпературных лопаток турбин и трубок теплообменников . [1] Сплавы никеля являются наиболее распространенными, но работа ведется над сплавами железа и алюминия . [2] Стали ODS используются в атомной энергетике. [3]
Материалы ODS используются на космических кораблях в качестве слоя, предназначенного для защиты корабля, особенно при входе в атмосферу. Также в производстве стекла используются ОРВ-материалы из сплавов благородных металлов, например сплавы на основе платины.
Когда дело доходит до входа в атмосферу на гиперзвуковых скоростях, свойства газов резко меняются. Создаются ударные волны , способные нанести серьезный ущерб любой конструкции. Также при таких скоростях и температурах кислород становится очень агрессивным.
Оксидное дисперсионное упрочнение основано на некогерентности частиц оксида в решетке материала. Когерентные частицы имеют непрерывную плоскость решетки от матрицы к частицам, тогда как некогерентные частицы не имеют этой непрерывности, и поэтому обе плоскости решетки заканчиваются на границе раздела. Это несоответствие интерфейсов приводит к высокой межфазной энергии, которая препятствует движению дислокаций [4] . Учитывая, что частицы оксида стабильны в матрице, частицы оксида помогают предотвратить ползучесть из-за уменьшения движения дислокаций. При рассмотрении стабильности частиц должны быть небольшие изменения размеров, чтобы не охрупчиваться и не влиять на свойства, низкая подвижность, чтобы не увеличивать расстояние между частицами, и общая устойчивость к изменениям при высоких температурах [5].. Поскольку частицы оксида не связаны между собой, дислокации могут преодолевать частицы только путем подъема . Принимая во внимание, что, если частицы полукогерентны или когерентны с решеткой, дислокации могут просто разрезать частицы более благоприятным процессом, требующим меньше энергии, называемым скольжением дислокаций, или изгибом Орована между частицами, оба из которых являются атермическими механизмами. Переползание дислокаций, диффузионный процесс, менее энергетически выгоден, поэтому он происходит в основном при более высоких температурах, когда у него достаточно энергии для продвижения, что возможно за счет добавления и удаления атомов [6] .. Следовательно, поскольку частицы когерентны, одних механизмов скольжения недостаточно, и активизируется и доминирует более энергетически истощающий процесс подъема, что означает более эффективную остановку дислокаций. Переползание может происходить либо на границе раздела частица-дислокация (локальный переползание), либо путем преодоления сразу нескольких частиц (общий переползание). При локальном подъеме часть дислокации, находящаяся между двумя частицами, остается в плоскости скольжения, а остальная часть дислокации карабкается по поверхности частицы. При общем наборе высоты все дислокации выходят за пределы плоскости планирования. Общий подъем требует меньше энергии, потому что механизм уменьшает длину линии дислокации, что уменьшает энергию упругой деформации и, следовательно, является обычным механизмом подъема [7] .. Для объемных долей γ' от 0,4 до 0,6 в сплавах на основе никеля пороговое напряжение для местного проползания всего примерно в 1,25-1,40 раза выше, чем общее проползание [8] .
Кроме того, дислокации не ограничиваются ни всем локальным, ни всем общим подъемом, поскольку будет выбран путь, требующий меньше энергии. Совместное восхождение является примером более тонкого механизма, когда дислокация движется вокруг группы частиц, а не проходит мимо каждой частицы по отдельности. Маклин заявил, что дислокация была бы наиболее релаксирована, если бы она карабкалась по нескольким частицам одновременно из-за пропуска некоторых резких границ раздела между сегментами в плоскости скольжения и сегментами, которые перемещаются вдоль поверхности частицы [9] .
