[发明专利]一种Nb‑Si系材料显微组织腐蚀剂及电解腐蚀方法

说明书

技术领域

本发明属于物理冶金中的金相分析领域，涉及一种用于Nb-Si系材料显微组织试样制备的腐蚀剂及电解腐蚀方法。

背景技术

燃气涡轮发动机推重比的提高强烈地依赖于高压涡轮前进口温度的提高。新一代推重比15～20发动机涡轮前进口温度高达2100～2200K，在考虑到叶片自身气冷结构的冷却效果和热障涂层的隔热效果前提下，高压涡轮导向与工作叶片本身的承温能力必须达到1150℃以上，大大超过目前镍基高温金属材料的极限承温能力(工作温度不超过1120℃，已经达到或超过熔点的85％)。因此，传统的Ni基高温合金已经不能满足新一代更高性能的先进航空发动机的需要，必须研究新的耐高温结构材料体系。

Nb-Si系材料具备高熔点、低密度、优良的高温强度，其设计理念是利用Nb-Si二元相图中广阔的两相区，旨在利用Nb固溶体的塑韧性和Nb基硅化物的高强度，获得具有良好综合性能的耐高温材料。Nb-Si系材料的目标使用温度是1200-1400℃，在使用温度、高温强度、疲劳性能等方面有明显的优势，替代Ni基高温合金成为下一代高温结构材料最具潜力的材料之一。

美国GE公司、法国宇航院等均投入大量人力物力开发Nb-Si系材料，并已经在基础研究及新材料、新工艺方面取得了较大突破。2003年，GE公司浇注出了Nb-Si系材料精密铸造模拟件。目前GE公司研制出的第一代Nb-Si系超高温结构材料发动机叶片已经进行了功能考核。此外，在罗-罗公司等的支持下，法国宇航院等单位通过精密铸造制备了长度320mm的Nb-Si合金叶片。我国也在大力开发Nb-Si系材料，研究了从二元到多元体系，合金相组成也从二元的合金的Nb基固溶体+硅化物Nb3Si发展到多元体系的Nb基固溶体+硅化物Nb5Si3，此外部分合金还含有Cr2Nb相，合金综合力学性能有大幅度提高。

但是，Nb-Si系材料是一种新型的结构材料，其组成相完全不同于现有的成熟体系的材料，如钢、铝合金、钛合金、高温合金等，使用现有的腐蚀剂，对于Nb-Si系材料组成相均能够产生腐蚀，从而产生较多的假象，通过光学显微镜观察不能很好的分辨合金的组成相，需要采用扫描电子显微镜背散射电子成像功能进行观察，在大尺寸试样多区域观察方面存在一定限制，并且浪费大量人力物力。

发明内容

本发明针对上述情况，发明提供了一种用于Nb-Si系显微组织制备的腐蚀剂和电解腐蚀方法。采用该腐蚀剂和腐蚀方法制备的Nb-Si系显微组织观察试样，在光学金相显微镜下能够很明显的分辨出Nb-Si系材料的组成相和形貌。

本发明的技术解决方案是，该腐蚀剂的组成及液态体积配比为：98％H₃PO₄：H₂O＝1：99。

腐蚀步骤如下：

(1)在玻璃或陶瓷或金属器皿中，按照98％H₃PO₄：H₂O＝1：99的比例将98％H₃PO₄加入到H₂O中，并搅拌均匀得到腐蚀剂；

(2)将经过抛光的Nb-Si系材料连接在直流电源的正极，将不锈钢板连接在直流电源的负极；随后将抛光后的Nb-Si系材料和不锈钢板同时浸入步骤(1)配置好的腐蚀剂当中，腐蚀剂温度范围为23-30℃，并使Nb-Si系材料抛光面和不锈钢板相对，但不能接触；打开直流电源，将电压调节到70-80V，观察电流变化情况；当电流稳定不变时，关闭直流电源，从溶液当中取出Nb-Si系材料，并用酒精清洗后吹干。

Nb-Si系材料的组成相包含Nb基固溶体和Nb基硅化物，还可以包含Cr₂Nb相。

本发明具有的优点和有益效果