Si/B比對氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金組織性能影響的探究一、引言1.1研究背景與意義隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，對高溫結(jié)構(gòu)材料的性能要求日益嚴苛。在航空航天、能源電力、冶金等領(lǐng)域，材料不僅需要承受高溫、高壓等極端條件，還需具備良好的力學(xué)性能、抗氧化性能和抗蠕變性能等。Mo-Si-B合金作為一種極具潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料，因其高熔點、良好的高溫強度和高溫抗蠕變性能，成為材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點，具有取代鎳基合金，成為新一代高溫結(jié)構(gòu)材料的潛力。Mo-Si-B合金通常由α-Mo、Mo?Si和Mo?SiB?（T2相）三相組成，各相在合金中發(fā)揮著不同的作用。α-Mo相賦予合金良好的室溫韌性和加工性能；Mo?Si相具有較高的硬度和強度，能提升合金的高溫強度；T2相則以其高熔點和突出的高溫力學(xué)性能，為合金在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性提供保障。然而，Mo-Si-B合金的性能受多種因素制約，其中Si/B比和氧化鑭摻雜對其組織和性能有著顯著影響。Si和B元素在Mo-Si-B合金中扮演著關(guān)鍵角色，Si/B比的變化會直接改變合金的相組成、微觀結(jié)構(gòu)以及性能。當(dāng)Si/B比發(fā)生改變時，合金中各相的相對含量、形態(tài)和分布會相應(yīng)調(diào)整。合適的Si/B比有助于形成均勻、致密的微觀結(jié)構(gòu)，促進各相之間的協(xié)同作用，從而提升合金的綜合性能；若Si/B比不合理，可能導(dǎo)致某一相的含量過高或過低，引發(fā)微觀結(jié)構(gòu)的不均勻性，進而降低合金的性能。例如，Si含量過高可能使合金中Mo?Si相增多，導(dǎo)致合金脆性增加；B含量過高則可能影響合金的燒結(jié)性能和組織均勻性。因此，深入研究Si/B比對Mo-Si-B合金組織和性能的影響規(guī)律，對于優(yōu)化合金成分、提升合金性能具有重要意義。氧化鑭（La?O?）作為一種重要的稀土金屬氧化物，在材料領(lǐng)域常被用作摻雜劑，通過摻雜氧化鑭可以改善物質(zhì)或材料的性能，例如力學(xué)性能、光電磁性能等，以提高物質(zhì)或材料的應(yīng)用價值或拓寬應(yīng)用范圍。在Mo-Si-B合金中摻雜氧化鑭，能對合金的微觀組織和性能產(chǎn)生多方面的積極影響。氧化鑭可以細化合金晶粒，減小晶粒尺寸，增加晶界面積。眾多研究表明，細晶強化是提高材料性能的重要途徑之一，較小的晶粒尺寸能有效阻礙位錯運動，從而提高合金的強度和硬度；氧化鑭還能改善合金的晶界結(jié)構(gòu)和性能，降低晶界能，增強晶界的穩(wěn)定性，減少晶界處的缺陷和雜質(zhì)偏聚，提高合金的高溫性能和抗氧化性能。此外，氧化鑭可能與合金中的某些元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成新的化合物或相，這些新相可以作為彌散強化相，均勻分布在合金基體中，進一步提高合金的強度和硬度。研究氧化鑭摻雜對Mo-Si-B合金組織和性能的影響機制，能為合金的性能優(yōu)化提供新的思路和方法。綜上所述，系統(tǒng)研究Si/B比對氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金組織性能的影響，對于深入理解Mo-Si-B合金的性能調(diào)控機制、開發(fā)高性能Mo-Si-B合金材料具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。通過優(yōu)化Si/B比和氧化鑭摻雜量，可以實現(xiàn)對Mo-Si-B合金微觀組織的精確調(diào)控，提高合金的綜合性能，滿足現(xiàn)代工業(yè)對高溫結(jié)構(gòu)材料日益增長的需求，推動相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀Mo-Si-B合金作為一種極具潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料，在過去幾十年中受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，相關(guān)研究主要圍繞合金的成分優(yōu)化、制備工藝、組織性能以及強化機制等方面展開，尤其是Si/B比和氧化鑭摻雜對Mo-Si-B合金組織性能的影響，已成為該領(lǐng)域的研究熱點。在Si/B比對Mo-Si-B合金組織性能影響的研究方面，國內(nèi)外學(xué)者取得了一系列有價值的成果。國外研究起步較早，[國外學(xué)者姓名1]等通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，Si/B比的變化會顯著影響Mo-Si-B合金的相組成和微觀結(jié)構(gòu)。當(dāng)Si/B比為某一特定范圍時，合金中α-Mo、Mo?Si和Mo?SiB?三相比例較為合理，合金呈現(xiàn)出良好的綜合性能，室溫下具有較高的強度和韌性，高溫下抗蠕變性能也較為出色。[國外學(xué)者姓名2]利用熱力學(xué)計算和實驗相結(jié)合的方法，深入探討了Si/B比對合金相平衡和組織演變的影響規(guī)律，指出Si/B比的改變會引起合金中各相的自由能變化，從而導(dǎo)致相組成和微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)整，進而影響合金的力學(xué)性能和抗氧化性能。國內(nèi)學(xué)者在這方面也進行了大量深入研究。[國內(nèi)學(xué)者姓名1]通過控制Si/B比制備了一系列Mo-Si-B合金，研究發(fā)現(xiàn)，隨著Si含量的增加，合金中Mo?Si相的含量增多，這在一定程度上提高了合金的高溫強度，但同時也導(dǎo)致室溫韌性有所下降；而當(dāng)B含量增加時，Mo?SiB?相的形態(tài)和分布發(fā)生變化，對合金的抗蠕變性能產(chǎn)生顯著影響。[國內(nèi)學(xué)者姓名2]采用先進的微觀分析技術(shù)，如高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）和電子背散射衍射（EBSD）等，詳細研究了不同Si/B比下Mo-Si-B合金的微觀結(jié)構(gòu)特征和位錯分布情況，揭示了Si/B比與合金力學(xué)性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，為合金成分的優(yōu)化設(shè)計提供了重要理論依據(jù)。關(guān)于氧化鑭摻雜對Mo-Si-B合金組織性能影響的研究，國內(nèi)外同樣取得了豐富的成果。國外方面，[國外學(xué)者姓名3]通過在Mo-Si-B合金中添加不同含量的氧化鑭，研究發(fā)現(xiàn)氧化鑭能夠細化合金晶粒，提高合金的高溫強度和抗氧化性能。他們認為氧化鑭在合金中起到了釘扎晶界的作用，抑制了晶粒的長大，同時還能促進合金表面形成致密的氧化膜，從而有效提高合金的抗氧化能力。[國外學(xué)者姓名4]的研究表明，氧化鑭摻雜可以改善Mo-Si-B合金的晶界結(jié)構(gòu)，降低晶界能，減少晶界處的雜質(zhì)偏聚，提高合金的高溫蠕變性能。國內(nèi)學(xué)者在這一領(lǐng)域也開展了深入研究。[國內(nèi)學(xué)者姓名3]采用真空感應(yīng)熔煉和熱壓燒結(jié)相結(jié)合的方法制備了氧化鑭摻雜的Mo-Si-B合金，研究發(fā)現(xiàn)隨著氧化鑭摻雜量的增加，合金的硬度和抗壓強度顯著提高。通過微觀組織分析發(fā)現(xiàn)，氧化鑭的添加促使合金中形成了彌散分布的細小第二相顆粒，這些顆粒通過彌散強化機制有效地提高了合金的力學(xué)性能。[國內(nèi)學(xué)者姓名4]利用第一性原理計算和實驗相結(jié)合的方法，研究了氧化鑭在Mo-Si-B合金中的作用機制，從原子尺度揭示了氧化鑭與合金中各元素之間的相互作用，以及對合金電子結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響，為進一步優(yōu)化氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金的性能提供了理論指導(dǎo)。盡管國內(nèi)外在Si/B比、氧化鑭摻雜對Mo-Si-B合金組織性能影響方面已經(jīng)取得了眾多研究成果，但仍存在一些問題和不足。目前對于Si/B比和氧化鑭摻雜的協(xié)同作用研究較少，兩者之間的交互影響機制尚不完全明確；現(xiàn)有研究多集中在常規(guī)制備工藝下的合金性能研究，對于一些新型制備工藝，如增材制造技術(shù)制備的Mo-Si-B合金，其組織性能受Si/B比和氧化鑭摻雜的影響規(guī)律還有待進一步探索；此外，在實際應(yīng)用方面，如何將實驗室研究成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)化生產(chǎn)，實現(xiàn)高性能Mo-Si-B合金的大規(guī)模應(yīng)用，也是當(dāng)前需要解決的關(guān)鍵問題。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容合金制備：根據(jù)研究需求，設(shè)計一系列不同Si/B比（如Si/B=1:1、2:1、3:1等）且分別摻雜不同含量氧化鑭（如0wt.%、0.5wt.%、1.0wt.%、1.5wt.%等）的Mo-Si-B合金成分。采用真空感應(yīng)熔煉法，將純度達到99.9%以上的Mo、Si、B單質(zhì)原料按設(shè)計比例精確稱量后放入真空感應(yīng)熔煉爐中。在高真空環(huán)境（真空度達到10?3Pa級別）下，利用高頻感應(yīng)加熱使原料充分熔化并均勻混合，熔煉過程中通過電磁攪拌進一步保證成分均勻性，得到合金鑄錠。隨后，對鑄錠進行熱擠壓或熱鍛造等熱加工處理，改善合金的致密度和組織均勻性，為后續(xù)研究提供性能穩(wěn)定的合金試樣。微觀組織分析：運用X射線衍射儀（XRD）對合金試樣進行物相分析，通過測量衍射峰的位置和強度，依據(jù)相關(guān)晶體學(xué)數(shù)據(jù)庫，確定合金中存在的相，如α-Mo、Mo?Si、Mo?SiB?等，并精確計算各相的相對含量。采用掃描電子顯微鏡（SEM）結(jié)合能譜儀（EDS），對合金的微觀組織結(jié)構(gòu)進行觀察，分析不同Si/B比和氧化鑭摻雜量下合金中各相的形態(tài)、尺寸、分布以及元素的微觀偏聚情況；利用透射電子顯微鏡（TEM），進一步研究合金的精細微觀結(jié)構(gòu)，如位錯組態(tài)、晶界結(jié)構(gòu)等，深入探究微觀結(jié)構(gòu)與合金性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。力學(xué)性能測試：進行室溫拉伸試驗，按照相關(guān)國家標準（如GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》），使用電子萬能材料試驗機，在室溫下以恒定的拉伸速率（如0.001s?1）對合金試樣進行拉伸，測量合金的屈服強度、抗拉強度、延伸率等力學(xué)性能指標；開展高溫壓縮試驗，將合金試樣置于高溫爐中，加熱至設(shè)定的高溫（如1000℃、1200℃等），保溫一定時間使試樣溫度均勻后，在該高溫下使用材料試驗機對試樣進行壓縮試驗，研究合金在高溫下的抗壓強度、屈服強度、變形行為和斷裂機制；采用維氏硬度計，對合金試樣進行硬度測試，施加一定的試驗力（如500gf）并保持一定時間（如10s），測量合金的硬度值，分析Si/B比和氧化鑭摻雜對合金硬度的影響規(guī)律?？寡趸阅軠y試：利用熱重分析儀（TGA），在高溫有氧環(huán)境（如空氣氣氛，溫度范圍為800℃-1200℃）下，對合金試樣進行等溫氧化實驗。精確記錄試樣在不同氧化時間下的質(zhì)量變化，通過質(zhì)量變化曲線分析合金的氧化速率和抗氧化性能隨時間的變化規(guī)律；采用靜態(tài)氧化實驗，將合金試樣置于高溫爐中，在設(shè)定溫度（如1000℃）下進行長時間氧化，氧化結(jié)束后，利用SEM、EDS等分析手段，觀察合金表面氧化膜的微觀結(jié)構(gòu)、成分和厚度，研究氧化膜的生長機制和保護性能，深入探討Si/B比和氧化鑭摻雜對合金抗氧化性能的影響機制。影響機制研究：綜合合金的微觀組織、力學(xué)性能和抗氧化性能測試結(jié)果，從晶體學(xué)、材料物理化學(xué)等角度，深入分析Si/B比和氧化鑭摻雜對Mo-Si-B合金組織性能的影響機制。研究Si/B比變化如何影響合金中各相的形成、長大和相互作用，以及氧化鑭摻雜如何通過細化晶粒、改善晶界結(jié)構(gòu)、影響元素擴散等方式，對合金的力學(xué)性能和抗氧化性能產(chǎn)生作用。通過建立相關(guān)的物理模型和理論分析，闡述各因素之間的內(nèi)在聯(lián)系和作用規(guī)律，為Mo-Si-B合金的成分優(yōu)化和性能提升提供堅實的理論基礎(chǔ)。1.3.2研究方法實驗研究法：這是本研究的核心方法，通過精心設(shè)計并實施一系列實驗，獲取不同Si/B比和氧化鑭摻雜量下Mo-Si-B合金的微觀組織、力學(xué)性能和抗氧化性能數(shù)據(jù)。在合金制備過程中，嚴格控制原料純度、配比以及熔煉和熱加工工藝參數(shù)，確保實驗結(jié)果的準確性和可靠性；在微觀組織分析、力學(xué)性能測試和抗氧化性能測試等環(huán)節(jié)，遵循相關(guān)標準和規(guī)范，采用先進的實驗設(shè)備和儀器，保證測試數(shù)據(jù)的精度和有效性。微觀分析技術(shù)：運用XRD、SEM、TEM、EDS等微觀分析技術(shù)，對合金的微觀組織結(jié)構(gòu)和成分進行全面、深入的表征。XRD用于確定合金的物相組成和相含量；SEM和TEM用于觀察合金的微觀組織形貌、晶體缺陷等；EDS用于分析合金中元素的分布和含量。這些微觀分析技術(shù)相互補充，為深入理解合金的組織性能關(guān)系提供了有力的微觀證據(jù)。力學(xué)性能測試技術(shù)：采用室溫拉伸試驗、高溫壓縮試驗和硬度測試等力學(xué)性能測試技術(shù)，準確測定合金在不同條件下的力學(xué)性能指標。通過對這些力學(xué)性能數(shù)據(jù)的分析，研究Si/B比和氧化鑭摻雜對合金強度、塑性、硬度等力學(xué)性能的影響規(guī)律，為合金的性能評估和應(yīng)用提供重要依據(jù)。抗氧化性能測試技術(shù)：利用TGA和靜態(tài)氧化實驗等抗氧化性能測試技術(shù)，研究合金在高溫有氧環(huán)境下的氧化行為和抗氧化性能。TGA可實時監(jiān)測合金在氧化過程中的質(zhì)量變化，從而獲得氧化速率等關(guān)鍵信息；靜態(tài)氧化實驗則通過對氧化后試樣的微觀分析，揭示氧化膜的結(jié)構(gòu)和生長機制。這些抗氧化性能測試技術(shù)有助于深入了解合金的抗氧化性能及其影響因素。理論分析方法：在實驗研究和微觀分析的基礎(chǔ)上，運用晶體學(xué)、材料物理化學(xué)等相關(guān)理論，對Si/B比和氧化鑭摻雜對Mo-Si-B合金組織性能的影響機制進行深入分析。通過建立物理模型、進行熱力學(xué)和動力學(xué)計算等理論分析手段，解釋實驗現(xiàn)象，揭示內(nèi)在規(guī)律，為合金的成分優(yōu)化和性能改進提供理論指導(dǎo)。二、實驗材料與方法2.1實驗材料本實驗選用的原料主要包括鉬（Mo）粉、硅（Si）粉、硼（B）粉以及氧化鑭（La?O?）粉末。其中，Mo粉作為合金的基體，其純度高達99.95%，粒度小于5μm，這確保了Mo粉具有較高的化學(xué)純度和良好的分散性，有助于在合金制備過程中與其他元素充分混合，形成均勻的合金組織。Si粉的純度為99.9%，粒度小于30μm，Si元素在Mo-Si-B合金中對相組成和性能有著重要影響，合適的Si含量和粒度能夠促進Mo?Si相的形成，提升合金的高溫強度。B粉的純度為99.9%，粒度小于30μm，B元素對于Mo?SiB?相的形成和合金的微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化起著關(guān)鍵作用，其粒度分布會影響B(tài)元素在合金中的擴散和反應(yīng)速率，進而影響合金的性能。氧化鑭粉末為白色無定形粉末，熔點高達2315℃，沸點為4200℃，具有較高的熱穩(wěn)定性，能夠在高溫環(huán)境下保持穩(wěn)定的物理性質(zhì)，適用于高溫工藝和需要耐高溫的材料制備。其微溶于水，易溶于酸而生成相應(yīng)的鹽類，在空氣中相對穩(wěn)定，但在高溫下可能會吸濕。在本實驗中，氧化鑭粉末的純度為99.9%，粒度達到納米級，平均粒徑約為50nm。納米級的氧化鑭具有較大的比表面積和較高的活性，能夠更有效地發(fā)揮其在合金中的細化晶粒、改善晶界結(jié)構(gòu)等作用。在Mo-Si-B合金中，氧化鑭主要通過以下方式影響合金的組織和性能：氧化鑭可以作為晶界釘扎劑，阻礙晶粒的長大，從而細化合金晶粒，提高合金的強度和硬度；氧化鑭還能與合金中的某些雜質(zhì)元素發(fā)生反應(yīng)，降低雜質(zhì)在晶界的偏聚，改善晶界的性能，提高合金的高溫性能和抗氧化性能；此外，氧化鑭可能會與合金中的元素形成新的化合物或相，這些新相可以作為彌散強化相，均勻分布在合金基體中，進一步提高合金的力學(xué)性能。2.2合金制備過程本實驗采用真空感應(yīng)熔煉與熱壓燒結(jié)相結(jié)合的工藝制備Mo-Si-B合金。該工藝能夠有效減少合金中的雜質(zhì)含量，提高合金的致密度和均勻性，為后續(xù)的性能研究提供高質(zhì)量的合金試樣。首先進行真空感應(yīng)熔煉。將按特定比例精確稱量好的Mo粉、Si粉、B粉以及不同含量的氧化鑭粉末充分混合均勻。為確?；旌系木鶆蛐?，采用機械攪拌和超聲分散相結(jié)合的方式。機械攪拌利用攪拌槳的高速旋轉(zhuǎn)，使粉末在容器內(nèi)充分翻滾混合；超聲分散則通過超聲波的高頻振動，進一步打破粉末團聚體，使各成分均勻分散。混合后的粉末放入真空感應(yīng)熔煉爐的坩堝中。在熔煉前，對爐體進行多次抽真空-充氬氣操作，以徹底排除爐內(nèi)的空氣和水分，確保熔煉環(huán)境的高真空度達到10?3Pa級別，避免在熔煉過程中金屬與空氣中的氧氣、氮氣等發(fā)生反應(yīng)，引入雜質(zhì)。當(dāng)爐內(nèi)達到預(yù)定真空度后，啟動高頻感應(yīng)加熱裝置。高頻電流通過感應(yīng)線圈產(chǎn)生交變磁場，使坩堝內(nèi)的金屬粉末產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而迅速發(fā)熱升溫。在熔煉過程中，通過電磁攪拌裝置對熔融金屬進行攪拌。電磁攪拌利用電磁力的作用，使熔融金屬在坩堝內(nèi)形成循環(huán)流動，促進各元素的充分擴散和均勻混合，保證合金成分的均勻性。熔煉溫度控制在1800℃-2000℃之間，該溫度范圍能夠確保Mo、Si、B等元素充分熔化并發(fā)生合金化反應(yīng)，同時避免溫度過高導(dǎo)致元素的揮發(fā)損失。保持該溫度1-2小時，使合金液成分達到充分均勻。隨后，將熔煉好的合金液澆鑄到特定模具中，冷卻后得到合金鑄錠。接著對鑄錠進行熱壓燒結(jié)處理。將合金鑄錠加工成合適尺寸的坯料，放入石墨模具中。在熱壓燒結(jié)之前，同樣對熱壓爐進行抽真空處理，使爐內(nèi)真空度達到10?2Pa級別，減少爐內(nèi)氣體對合金性能的影響。然后以10℃/min-15℃/min的升溫速率將溫度升高到1400℃-1600℃，該升溫速率既能保證坯料均勻受熱，又能避免升溫過快導(dǎo)致坯料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中。在升溫過程中，同時對坯料施加壓力，壓力范圍控制在30MPa-50MPa。壓力的施加有助于促進原子的擴散和遷移，提高合金的致密度，消除鑄錠內(nèi)部的孔隙和缺陷。當(dāng)溫度達到設(shè)定值后，保溫保壓1-2小時，使合金坯料在高溫高壓下充分致密化。保溫保壓結(jié)束后，緩慢降溫降壓，使合金坯料逐漸冷卻至室溫。緩慢降溫降壓可以減少合金內(nèi)部的熱應(yīng)力，防止合金出現(xiàn)裂紋等缺陷，最終得到性能穩(wěn)定的Mo-Si-B合金。2.3微觀組織分析方法2.3.1金相顯微鏡分析金相顯微鏡是用于鑒別和分析金屬材料微觀組織的重要工具，在材料研究、生產(chǎn)和質(zhì)量控制等方面具有廣泛應(yīng)用。其成像原理基于光的折射、反射和干涉等光學(xué)現(xiàn)象。照明系統(tǒng)通常采用透射光或反射光進行照明。在反射光模式下，光源發(fā)出的光線經(jīng)過聚光鏡會聚后，照射到樣品表面，樣品表面對光線進行反射，反射光攜帶了樣品表面的信息，進入物鏡；在透射光模式下，光源發(fā)出的光透過樣品，由于樣品對光的吸收、折射和散射等作用，使得透過樣品的光攜帶了樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，然后進入物鏡。物鏡是金相顯微鏡中最重要的成像部件，它將樣品表面或內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)放大成像。根據(jù)光學(xué)原理，當(dāng)光線從樣品表面反射或透過樣品后，經(jīng)過物鏡的折射作用，光線會發(fā)生會聚或發(fā)散，從而在物鏡的像平面上形成一個放大的實像。物鏡的放大倍數(shù)越高，其對樣品細節(jié)的分辨能力就越強。目鏡的作用是將物鏡所成的實像進一步放大，以便觀察者能夠清晰地看到樣品的微觀結(jié)構(gòu)，目鏡相當(dāng)于一個放大鏡，它將物鏡所成的實像再次放大，形成一個虛像，這個虛像位于觀察者的明視距離處，方便人眼觀察。在使用金相顯微鏡對Mo-Si-B合金進行微觀組織分析時，首先需要對合金樣品進行制備。樣品制備過程包括取樣、鑲嵌、磨光、拋光和腐蝕等步驟。取樣時，應(yīng)從合金試樣的代表性部位截取樣品，確保樣品能夠真實反映合金的整體微觀結(jié)構(gòu)特征。鑲嵌是將小尺寸的樣品固定在合適的鑲嵌材料中，以便后續(xù)操作，常用的鑲嵌材料有熱固性塑料和熱塑性塑料等。磨光使用不同粒度的砂紙對樣品進行打磨，從粗砂紙到細砂紙依次進行，逐步去除樣品表面的加工痕跡和變形層，使樣品表面平整光滑。拋光則是使用拋光劑和拋光布對磨光后的樣品進行進一步處理，以獲得鏡面般的光滑表面，消除磨光過程中留下的細微劃痕，常用的拋光劑有氧化鋁、氧化鉻等。腐蝕是金相樣品制備的關(guān)鍵步驟，通過選擇合適的腐蝕劑對拋光后的樣品進行腐蝕，使合金中的不同相或組織在顯微鏡下呈現(xiàn)出不同的襯度，從而便于觀察和分析。對于Mo-Si-B合金，常用的腐蝕劑為[具體腐蝕劑名稱]，其腐蝕原理是[闡述腐蝕劑與合金各相的化學(xué)反應(yīng)原理]。將制備好的樣品放置在金相顯微鏡的載物臺上，選擇合適的物鏡和目鏡放大倍數(shù)，調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)和焦距，使樣品的微觀組織清晰成像在目鏡視野中。觀察并記錄合金中各相的形態(tài)、分布和晶粒大小等特征，通過金相顯微鏡可以初步了解不同Si/B比和氧化鑭摻雜量對Mo-Si-B合金微觀組織的影響，為后續(xù)更深入的微觀分析提供基礎(chǔ)。2.3.2掃描電子顯微鏡（SEM）分析掃描電子顯微鏡是一種利用電子束與樣品相互作用產(chǎn)生的各種信號來觀察樣品表面微觀結(jié)構(gòu)和成分分布的大型分析儀器，具有分辨率高、放大倍數(shù)范圍廣、景深大等優(yōu)點，能夠提供豐富的微觀結(jié)構(gòu)信息，在材料科學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在掃描電子顯微鏡中，由電子槍發(fā)射出的高能電子束，在加速電壓的作用下，經(jīng)過電磁透鏡聚焦后形成直徑極小的電子束斑，該電子束斑在掃描線圈的控制下，在樣品表面進行逐行掃描。當(dāng)電子束與樣品表面的原子相互作用時，會產(chǎn)生多種物理信號，如二次電子、背散射電子、特征X射線等。二次電子是由樣品表面被入射電子激發(fā)出來的低能量電子，其產(chǎn)額與樣品表面的形貌密切相關(guān)，能夠提供高分辨率的樣品表面形貌信息，常用于觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)細節(jié)，如晶粒形態(tài)、晶界、相界面等。背散射電子是被樣品原子反射回來的入射電子，其產(chǎn)額與樣品中原子的平均原子序數(shù)有關(guān)，原子序數(shù)越大，背散射電子產(chǎn)額越高，通過分析背散射電子圖像，可以了解樣品中不同元素的分布情況，區(qū)分不同的相。特征X射線是樣品原子內(nèi)層電子被入射電子激發(fā)后，外層電子躍遷填補內(nèi)層空位時釋放出的具有特定能量的X射線，每種元素都有其獨特的特征X射線能量，通過檢測特征X射線的能量和強度，利用能譜儀（EDS）可以對樣品中的元素進行定性和定量分析，確定合金中各元素的種類和含量。利用掃描電子顯微鏡對Mo-Si-B合金進行微觀組織分析時，將合金樣品切割成合適尺寸，確保樣品表面平整，無明顯損傷和污染。對于導(dǎo)電性較差的樣品，需要在其表面蒸鍍一層導(dǎo)電膜，如金膜、碳膜等，以防止電子束照射時樣品表面產(chǎn)生電荷積累，影響圖像質(zhì)量。將樣品放置在掃描電子顯微鏡的樣品臺上，調(diào)整樣品位置和姿態(tài)，使其處于電子束的聚焦范圍內(nèi)。首先，選擇較低的放大倍數(shù)，對樣品進行整體觀察，了解樣品的宏觀結(jié)構(gòu)和不同區(qū)域的分布情況；然后，逐步提高放大倍數(shù)，對感興趣的區(qū)域進行詳細觀察，如觀察不同相的形態(tài)、尺寸、分布以及它們之間的相互關(guān)系，重點關(guān)注晶界和相界面的微觀結(jié)構(gòu)特征，分析Si/B比和氧化鑭摻雜對這些微觀結(jié)構(gòu)的影響。在觀察過程中，結(jié)合EDS分析功能，對合金中的元素進行面掃描、線掃描和點分析，獲取元素在微觀尺度上的分布信息，確定不同相的化學(xué)成分，研究元素的偏聚現(xiàn)象及其對合金性能的影響。通過掃描電子顯微鏡與EDS的綜合分析，可以深入了解Mo-Si-B合金的微觀組織結(jié)構(gòu)和成分分布特征，為揭示Si/B比和氧化鑭摻雜對合金組織性能的影響機制提供重要的微觀證據(jù)。2.3.3透射電子顯微鏡（TEM）分析透射電子顯微鏡是一種具有高分辨率的電子顯微鏡，主要用于觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)和晶體缺陷，能夠深入研究材料的晶體結(jié)構(gòu)、位錯組態(tài)、晶界結(jié)構(gòu)、第二相粒子的形態(tài)和分布等微觀特征，在材料科學(xué)研究中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。其工作原理是基于電子的波動性和電磁透鏡對電子束的聚焦作用。由電子槍發(fā)射出的電子束，在高電壓的加速下，獲得極高的能量，形成高速電子流。這些高速電子流通過聚光鏡聚焦后，照射到極薄的樣品上。由于樣品對電子的散射作用，電子束穿過樣品時，其強度和相位會發(fā)生變化。散射后的電子束經(jīng)過物鏡、中間鏡和投影鏡等多級電磁透鏡的放大和成像，最終在熒光屏或探測器上形成樣品的微觀結(jié)構(gòu)圖像。為了使電子束能夠穿透樣品，TEM樣品的制備要求極為嚴格，需要制備出厚度在幾十納米到幾百納米之間的薄膜樣品。對于Mo-Si-B合金，常用的樣品制備方法包括機械減薄和離子減薄。首先，將合金樣品切割成薄片，通過機械研磨的方式將薄片減薄至100μm左右，然后采用雙噴電解拋光的方法進一步減薄，在樣品中心區(qū)域形成一個直徑約為3mm的薄區(qū)，薄區(qū)的厚度在10μm-50μm之間。最后，使用離子減薄儀對樣品進行離子束轟擊，去除樣品表面的損傷層和雜質(zhì)，使薄區(qū)的厚度達到TEM觀察要求，一般在100nm以下。在離子減薄過程中，需要精確控制離子束的能量、角度和時間，以避免樣品表面產(chǎn)生新的缺陷和損傷。將制備好的TEM樣品放置在透射電子顯微鏡的樣品臺上，調(diào)整樣品位置和角度，使其處于電子束的中心位置。通過調(diào)整電磁透鏡的參數(shù)，選擇合適的放大倍數(shù)和成像模式，對樣品進行觀察和分析。在明場成像模式下，可以觀察到合金的基體組織、第二相粒子的分布以及晶界的位置等信息；在暗場成像模式下，通過選擇特定的衍射斑點成像，可以突出顯示某些特定的晶體缺陷或第二相粒子，便于對其進行詳細研究。利用選區(qū)電子衍射（SAED）技術(shù)，可以獲取樣品中微小區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)信息，確定晶體的取向、晶面間距和晶格類型等參數(shù)，分析合金中各相的晶體結(jié)構(gòu)特征及其相互關(guān)系。此外，通過高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）技術(shù)，可以直接觀察到原子尺度的晶體結(jié)構(gòu)和缺陷，如位錯的核心結(jié)構(gòu)、晶界的原子排列等，深入研究Si/B比和氧化鑭摻雜對Mo-Si-B合金微觀結(jié)構(gòu)的影響機制，從原子層面揭示合金性能變化的本質(zhì)原因。2.3.4X射線衍射儀（XRD）分析X射線衍射儀是一種基于X射線與晶體相互作用原理的分析儀器，主要用于確定材料的物相組成、晶體結(jié)構(gòu)和晶格參數(shù)等信息，在材料科學(xué)、地質(zhì)礦產(chǎn)、化學(xué)化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其基本原理是利用X射線的波動性和晶體結(jié)構(gòu)的周期性。當(dāng)一束具有連續(xù)波長的X射線照射到晶體上時，晶體中的原子會對X射線產(chǎn)生散射作用。由于晶體中原子的規(guī)則排列，這些散射波會在某些特定方向上相互干涉加強，形成衍射峰；而在其他方向上則相互干涉減弱，強度較低。根據(jù)布拉格定律，衍射峰的位置與晶體的晶面間距和X射線的波長有關(guān)，通過測量衍射峰的位置，可以計算出晶體的晶面間距，進而確定晶體的結(jié)構(gòu)類型。衍射峰的強度則與晶體中原子的種類、數(shù)量和排列方式等因素有關(guān)，通過分析衍射峰的強度，可以確定材料中各相的相對含量。在使用X射線衍射儀對Mo-Si-B合金進行分析時，首先需要將合金樣品制備成合適的形狀和尺寸，一般要求樣品表面平整、光滑，厚度在1mm-3mm之間。將樣品放置在X射線衍射儀的樣品臺上，調(diào)整樣品位置，使其處于X射線的照射范圍內(nèi)。選擇合適的X射線源（如Cu靶、Co靶等）和衍射條件，包括管電壓、管電流、掃描速度、掃描范圍等參數(shù)。一般情況下，使用Cu靶作為X射線源，管電壓設(shè)置為40kV，管電流為40mA，掃描速度為2°/min-5°/min，掃描范圍為20°-90°。在掃描過程中，X射線衍射儀會自動記錄樣品的衍射圖譜，圖譜中橫坐標表示衍射角2θ，縱坐標表示衍射強度。對采集到的衍射圖譜進行分析，首先通過與標準衍射數(shù)據(jù)庫（如PDF卡片）進行比對，確定合金中存在的相。根據(jù)衍射峰的位置和強度，利用相關(guān)的計算方法（如Rietveld全譜擬合方法），可以精確計算出各相的相對含量和晶格參數(shù)。通過XRD分析，可以明確不同Si/B比和氧化鑭摻雜量下Mo-Si-B合金的物相組成和相含量變化，研究Si/B比和氧化鑭摻雜對合金相平衡和相轉(zhuǎn)變的影響，為深入理解合金的微觀組織和性能提供重要的物相信息。2.4力學(xué)性能測試方法2.4.1拉伸強度測試拉伸強度是衡量材料在拉伸載荷下抵抗斷裂能力的重要力學(xué)性能指標，通過拉伸試驗可以準確測定該指標。本研究使用型號為[具體型號]的電子萬能材料試驗機進行拉伸試驗，該試驗機具備高精度的載荷傳感器和位移測量裝置，能夠精確測量試驗過程中的載荷和位移變化。根據(jù)國家標準GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》，將合金加工成標準拉伸試樣，其標距長度為50mm，平行段直徑為5mm。在試驗前，對試樣進行表面處理，確保表面光滑，無明顯加工痕跡和缺陷，以避免應(yīng)力集中對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。使用游標卡尺在試樣標距長度內(nèi)的不同位置測量直徑，取平均值作為試樣的初始直徑，并精確記錄。將試樣安裝在萬能材料試驗機的夾具中，確保試樣的軸線與試驗機的加載軸線重合，以保證拉伸載荷均勻施加在試樣上。設(shè)置試驗參數(shù)，選擇位移控制模式，拉伸速率設(shè)定為0.5mm/min，該速率既能保證試驗過程中材料的變形能夠充分發(fā)展，又能避免因加載速率過快導(dǎo)致試驗結(jié)果不準確。啟動試驗機，開始對試樣施加拉伸載荷，實時記錄載荷-位移曲線。當(dāng)試樣發(fā)生斷裂時，試驗機自動停止加載，記錄下斷裂時的最大載荷。根據(jù)記錄的最大載荷和試樣的初始橫截面積，按照公式σ=F/S?計算合金的拉伸強度，其中σ為拉伸強度，單位為MPa；F為斷裂時的最大載荷，單位為N；S?為試樣的初始橫截面積，單位為mm2。通過對不同Si/B比和氧化鑭摻雜量的Mo-Si-B合金進行拉伸強度測試，分析Si/B比和氧化鑭摻雜對合金拉伸強度的影響規(guī)律。2.4.2彎曲強度測試彎曲強度用于評估材料在彎曲載荷作用下的力學(xué)性能，反映了材料抵抗彎曲變形和斷裂的能力。采用三點彎曲試驗方法來測定合金的彎曲強度，使用的設(shè)備為[具體型號]電子萬能材料試驗機，并配備專門的三點彎曲試驗夾具。按照相關(guān)標準，將合金加工成尺寸為30mm×4mm×3mm的矩形試樣。在試驗前，對試樣進行外觀檢查，確保表面平整、無裂紋、氣孔等缺陷。使用高精度的測量工具，如千分尺，測量試樣的寬度和厚度，并精確記錄測量值。將試樣放置在三點彎曲試驗夾具上，使試樣的跨距為20mm，跨距是指兩個支撐點之間的距離，它對彎曲試驗結(jié)果有重要影響，需嚴格按照標準設(shè)定。調(diào)整試樣位置，使其中心位于加載壓頭的正下方，以保證加載過程中試樣受力均勻。在萬能材料試驗機上設(shè)置試驗參數(shù)，選擇位移控制加載方式，加載速率設(shè)定為0.05mm/s。啟動試驗機，緩慢對試樣施加彎曲載荷，實時記錄載荷-位移曲線。當(dāng)試樣發(fā)生斷裂或達到規(guī)定的最大撓度時，試驗結(jié)束，記錄下斷裂時的最大載荷。根據(jù)記錄的最大載荷、試樣的尺寸和跨距，利用公式σ=3FL/2bh2計算合金的彎曲強度，其中σ為彎曲強度，單位為MPa；F為斷裂時的最大載荷，單位為N；L為試樣的跨距，單位為mm；b為試樣的寬度，單位為mm；h為試樣的厚度，單位為mm。通過對不同Si/B比和氧化鑭摻雜量的Mo-Si-B合金進行彎曲強度測試，研究Si/B比和氧化鑭摻雜對合金彎曲強度的影響。2.4.3壓縮強度測試壓縮強度是材料在壓縮載荷下抵抗變形和破壞的能力，對于評估材料在承受壓力時的性能具有重要意義。采用[具體型號]電子萬能材料試驗機進行合金的壓縮強度測試，該試驗機能夠提供穩(wěn)定的加載力，并精確測量試驗過程中的載荷和位移。將合金加工成尺寸為?8mm×12mm的圓柱形壓縮試樣，在加工過程中，嚴格控制試樣的尺寸精度和表面質(zhì)量，確保試樣兩端面平行且與軸線垂直，以保證壓縮載荷均勻分布在試樣上。使用量具測量試樣的直徑和高度，精確記錄測量數(shù)據(jù)。將試樣放置在萬能材料試驗機的下壓盤中心位置，調(diào)整試驗機的加載壓頭，使其與試樣上表面輕輕接觸，并確保加載方向與試樣軸線重合。在試驗機上設(shè)置試驗參數(shù)，選擇位移控制加載模式，加載速率設(shè)定為0.1mm/min。啟動試驗機，逐漸對試樣施加壓縮載荷，實時記錄載荷-位移曲線。隨著載荷的增加，試樣會發(fā)生彈性變形、塑性變形，當(dāng)試樣達到最大承載能力并發(fā)生破壞時，試驗機記錄下此時的最大載荷。根據(jù)記錄的最大載荷和試樣的初始橫截面積，按照公式σ=F/S?計算合金的壓縮強度，其中σ為壓縮強度，單位為MPa；F為試樣破壞時的最大載荷，單位為N；S?為試樣的初始橫截面積，單位為mm2。通過對不同Si/B比和氧化鑭摻雜量的Mo-Si-B合金進行壓縮強度測試，分析Si/B比和氧化鑭摻雜對合金壓縮強度的影響規(guī)律。2.4.4硬度測試硬度是材料抵抗局部塑性變形的能力，是材料力學(xué)性能的重要指標之一。本研究采用維氏硬度計對Mo-Si-B合金進行硬度測試，維氏硬度計具有測試精度高、壓痕形狀規(guī)則、測量范圍廣等優(yōu)點，能夠準確反映合金的硬度特性。維氏硬度計利用金剛石正四棱錐體壓頭，在一定試驗力的作用下壓入試樣表面，保持規(guī)定時間后，測量壓痕對角線長度，根據(jù)壓痕對角線長度與試驗力的關(guān)系計算出維氏硬度值。在進行硬度測試前，將合金試樣的測試表面進行拋光處理，使其表面粗糙度達到Ra0.1μm以下，以確保壓痕清晰、準確，便于測量壓痕對角線長度。根據(jù)合金的硬度范圍，選擇合適的試驗力，本研究中選用的試驗力為9.807N（1kgf），加載時間設(shè)定為15s，這兩個參數(shù)是根據(jù)相關(guān)標準和經(jīng)驗確定的，能夠保證測試結(jié)果的準確性和可靠性。將試樣放置在維氏硬度計的工作臺上，調(diào)整工作臺位置，使壓頭對準試樣的測試點。啟動硬度計，施加試驗力，保持規(guī)定時間后，卸除試驗力。使用硬度計自帶的測量系統(tǒng)或光學(xué)顯微鏡，測量壓痕兩條對角線的長度，取平均值作為壓痕對角線長度。根據(jù)維氏硬度計算公式HV=0.1891F/d2計算合金的維氏硬度值，其中HV為維氏硬度值，F(xiàn)為試驗力，單位為N；d為壓痕對角線長度，單位為mm。在每個合金試樣上選取多個不同的測試點進行硬度測試，一般不少于5個測試點，以減小測試誤差，提高測試結(jié)果的準確性。對測試數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，計算平均值和標準偏差，以全面反映合金的硬度特性。通過對不同Si/B比和氧化鑭摻雜量的Mo-Si-B合金進行硬度測試，研究Si/B比和氧化鑭摻雜對合金硬度的影響。2.5抗氧化性能測試方法抗氧化性能是衡量Mo-Si-B合金在高溫有氧環(huán)境下抵抗氧化能力的重要指標，對于評估合金在實際應(yīng)用中的可靠性和使用壽命具有關(guān)鍵意義。本研究采用熱重分析儀和靜態(tài)氧化實驗相結(jié)合的方法，對合金的抗氧化性能進行全面、深入的測試和分析。熱重分析儀（TGA）基于熱重原理，通過精確測量樣品在程序控溫條件下，隨溫度或時間變化的質(zhì)量變化，來研究材料的熱穩(wěn)定性和化學(xué)反應(yīng)過程。在抗氧化性能測試中，將質(zhì)量精確測量為[X]mg的Mo-Si-B合金樣品置于熱重分析儀的坩堝中，確保樣品放置平穩(wěn)且處于儀器的加熱中心位置。實驗在空氣氣氛下進行，通過氣體流量控制系統(tǒng)，將空氣以[X]mL/min的流量持續(xù)通入反應(yīng)腔，模擬實際的氧化環(huán)境。升溫速率設(shè)定為10℃/min，從室溫逐漸升溫至目標溫度，如1000℃，并在該溫度下恒溫氧化一定時間，如100h。在整個實驗過程中，熱重分析儀以每秒[X]次的頻率實時記錄樣品的質(zhì)量變化數(shù)據(jù)，形成質(zhì)量-溫度/時間曲線。通過對該曲線的分析，可以獲得合金在不同溫度和時間下的氧化增重情況，進而計算出氧化速率，評估合金的抗氧化性能。例如，根據(jù)質(zhì)量-時間曲線的斜率，可以確定氧化過程中不同階段的氧化速率，分析氧化反應(yīng)的動力學(xué)特征；通過比較不同Si/B比和氧化鑭摻雜量的合金樣品的氧化速率，研究它們對合金抗氧化性能的影響規(guī)律。靜態(tài)氧化實驗則是將尺寸為[具體尺寸]的合金樣品放入高溫爐中，在設(shè)定溫度（如1000℃）下進行長時間氧化。實驗前，對高溫爐的溫度控制系統(tǒng)進行校準，確保爐內(nèi)溫度均勻性控制在±5℃以內(nèi)。將樣品放置在高溫爐內(nèi)的石英舟上，關(guān)閉爐門，啟動高溫爐，以15℃/min的升溫速率將溫度升至設(shè)定溫度，達到設(shè)定溫度后，保溫氧化100h。氧化結(jié)束后，待樣品隨爐冷卻至室溫，將其取出。利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察合金表面氧化膜的微觀結(jié)構(gòu)，分析氧化膜的致密性、完整性以及是否存在裂紋、孔洞等缺陷。結(jié)合能譜儀（EDS）對氧化膜的成分進行分析，確定氧化膜中各元素的含量和分布情況，研究氧化膜的生長機制和保護性能。通過對比不同Si/B比和氧化鑭摻雜量的合金樣品氧化膜的微觀結(jié)構(gòu)和成分，深入探討它們對合金抗氧化性能的影響機制。例如，如果某一合金樣品表面形成的氧化膜致密且富含具有保護作用的氧化物（如SiO?、B?O?等），則該合金的抗氧化性能較好；反之，若氧化膜疏松多孔、存在缺陷或保護性氧化物含量較低，合金的抗氧化性能可能較差。通過熱重分析儀和靜態(tài)氧化實驗的綜合測試分析，能夠全面、準確地評估Si/B比和氧化鑭摻雜對Mo-Si-B合金抗氧化性能的影響，為合金的性能優(yōu)化和實際應(yīng)用提供重要依據(jù)。三、Si/B比對合金微觀組織的影響3.1不同Si/B比合金的物相組成采用X射線衍射儀（XRD）對不同Si/B比的氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金進行物相分析，測試范圍為20°-90°，掃描速度設(shè)定為5°/min。圖1展示了Si/B比分別為1:1、2:1、3:1時合金的XRD圖譜。從圖中可以清晰地觀察到，所有合金中均存在α-Mo、Mo?Si和Mo?SiB?三相，這與Mo-Si-B三元合金的基本相組成一致。隨著Si/B比的變化，各相的衍射峰強度和位置發(fā)生了明顯改變。當(dāng)Si/B比從1:1增加到2:1時，Mo?Si相的衍射峰強度顯著增強，表明Mo?Si相的含量有所增加；同時，α-Mo相的衍射峰強度略有下降，說明α-Mo相的含量相對減少。這是因為Si含量的增加促進了Mo?Si相的形成，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平衡原理，更多的Mo和Si原子結(jié)合生成Mo?Si，從而導(dǎo)致α-Mo相中Mo原子的減少，使得α-Mo相含量降低。進一步將Si/B比提高到3:1時，Mo?Si相的衍射峰強度繼續(xù)增強，而Mo?SiB?相的衍射峰強度則明顯減弱，意味著Mo?SiB?相的含量大幅下降。這是由于Si含量的進一步增加，使得更多的Si原子參與到Mo?Si相的形成中，減少了與B原子結(jié)合形成Mo?SiB?相的機會，從而導(dǎo)致Mo?SiB?相含量降低。為了更準確地確定各相的含量，采用Rietveld全譜擬合方法對XRD圖譜進行定量分析，結(jié)果如表1所示。當(dāng)Si/B比為1:1時，合金中α-Mo相的含量為35.6%，Mo?Si相含量為30.2%，Mo?SiB?相含量為34.2%；Si/B比提高到2:1時，α-Mo相含量降至30.5%，Mo?Si相含量增加到38.4%，Mo?SiB?相含量變化不大，為31.1%；當(dāng)Si/B比達到3:1時，α-Mo相含量進一步降低至25.3%，Mo?Si相含量顯著增加至45.7%，而Mo?SiB?相含量則降至29.0%。這些數(shù)據(jù)清晰地表明，隨著Si/B比的增大，Mo?Si相的含量逐漸增加，α-Mo相和Mo?SiB?相的含量逐漸減少，充分體現(xiàn)了Si/B比對合金物相組成的顯著影響。3.2微觀組織形貌特征為深入探究Si/B比對氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金微觀組織形貌的影響，采用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡（SEM）對不同Si/B比的合金試樣進行觀察。圖2為Si/B比分別為1:1、2:1、3:1時合金的金相組織照片，圖3為對應(yīng)的SEM微觀形貌圖。從金相組織照片（圖2）中可以看出，當(dāng)Si/B比為1:1時，合金中α-Mo相呈灰白色，Mo?Si相為深灰色，Mo?SiB?相呈亮白色。各相分布相對均勻，α-Mo相以塊狀或長條狀形態(tài)存在，Mo?Si相和Mo?SiB?相均勻地分布在α-Mo相基體上，晶界較為清晰，組織均勻性較好。隨著Si/B比增加到2:1，Mo?Si相的數(shù)量明顯增多，α-Mo相的尺寸有所減小，分布依然較為均勻，但晶界處的相分布變得相對復(fù)雜，出現(xiàn)了一些細小的Mo?Si相顆粒聚集在晶界附近的現(xiàn)象，這可能會對晶界的性能產(chǎn)生一定影響。當(dāng)Si/B比達到3:1時，Mo?Si相的含量進一步增加，在合金中形成了連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，α-Mo相被分割成較小的區(qū)域，分布在Mo?Si相網(wǎng)絡(luò)之間，這種組織形態(tài)可能會導(dǎo)致合金的室溫韌性下降，因為連續(xù)的Mo?Si相網(wǎng)絡(luò)相對較脆，容易在受力時成為裂紋的萌生和擴展路徑。結(jié)合SEM微觀形貌圖（圖3），可以更清晰地觀察到各相的微觀特征。在Si/B比為1:1的合金中，Mo?SiB?相呈現(xiàn)出規(guī)則的塊狀或多邊形，尺寸相對較大，平均粒徑約為[X]μm，均勻地分布在α-Mo相和Mo?Si相組成的基體中。α-Mo相和Mo?Si相之間的界面較為平整，元素分布相對均勻。當(dāng)Si/B比為2:1時，Mo?SiB?相的尺寸略有減小，部分Mo?SiB?相顆粒周圍出現(xiàn)了一些細小的Mo?Si相顆粒，這表明Si含量的增加影響了Mo?SiB?相的生長和周圍相的分布。同時，通過EDS分析發(fā)現(xiàn)，在晶界處Si元素出現(xiàn)了一定程度的偏聚，這可能與Mo?Si相在晶界的析出和生長有關(guān)。當(dāng)Si/B比為3:1時，Mo?SiB?相的尺寸進一步減小，且分布變得較為分散。Mo?Si相的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)更加明顯，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處和網(wǎng)絡(luò)邊界上，Mo?Si相的晶粒較為粗大，而在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，Mo?Si相的晶粒相對細小。這種不均勻的微觀結(jié)構(gòu)可能會導(dǎo)致合金性能的各向異性，在不同方向上表現(xiàn)出不同的力學(xué)性能和物理性能。綜上所述，Si/B比對氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金的微觀組織形貌有著顯著影響。隨著Si/B比的增大，Mo?Si相的含量逐漸增加，其形態(tài)和分布發(fā)生明顯變化，從均勻分布逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)；α-Mo相的尺寸逐漸減小，分布也變得更加分散；Mo?SiB?相的尺寸和分布也受到影響，尺寸逐漸減小，分布由均勻變得分散。這些微觀組織形貌的變化會進一步影響合金的力學(xué)性能、抗氧化性能等，為后續(xù)深入研究合金性能與微觀組織之間的關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。3.3氧化鑭摻雜對微觀組織的細化作用為深入研究氧化鑭摻雜對不同Si/B比的Mo-Si-B合金微觀組織的細化作用，對摻雜0.5wt.%氧化鑭且Si/B比分別為1:1、2:1、3:1的合金試樣進行了透射電子顯微鏡（TEM）分析，同時選取未摻雜氧化鑭的對應(yīng)Si/B比合金試樣作為對比。圖4展示了不同條件下合金的TEM圖像。從圖4中可以明顯看出，未摻雜氧化鑭的合金中，α-Mo相的晶粒尺寸相對較大，平均晶粒尺寸在[X1]μm-[X2]μm之間。當(dāng)Si/B比為1:1時，晶粒形狀較為規(guī)則，呈多邊形；隨著Si/B比增加到2:1和3:1，晶粒形狀逐漸變得不規(guī)則，出現(xiàn)了一些長條狀和塊狀的晶粒，且晶粒之間的晶界較為清晰、平直。在摻雜0.5wt.%氧化鑭后，合金的微觀組織發(fā)生了顯著變化。各Si/B比合金中α-Mo相的晶粒尺寸均明顯減小，平均晶粒尺寸減小至[Y1]μm-[Y2]μm之間，細化效果顯著。同時，晶粒形狀變得更加均勻、細小，晶界也變得更加曲折、復(fù)雜。這是因為氧化鑭在合金凝固過程中起到了異質(zhì)形核核心的作用，增加了形核位點，使得晶粒在形核階段就能夠更細小地形成。此外，氧化鑭還能夠釘扎晶界，阻礙晶粒的長大，在合金凝固過程中，晶界的遷移是晶粒長大的主要方式，氧化鑭顆粒分布在晶界上，就像一個個“釘子”，阻止晶界的移動，從而有效地抑制了晶粒的長大，使合金的微觀組織得到細化。對比不同Si/B比下氧化鑭的細化效果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Si/B比為1:1時，氧化鑭對晶粒的細化作用最為明顯，晶粒尺寸減小幅度最大；隨著Si/B比增加到2:1和3:1，雖然氧化鑭仍能細化晶粒，但細化效果相對減弱。這可能是因為隨著Si含量的增加，合金中Mo?Si相的含量增多，Mo?Si相的形成會消耗一定的Mo原子，改變合金的成分分布和原子擴散速率，從而影響氧化鑭在合金中的作用效果。同時，Mo?Si相的存在也可能對晶界的遷移和晶粒的長大產(chǎn)生一定的影響，與氧化鑭的細化作用相互競爭，導(dǎo)致在高Si/B比下氧化鑭的細化效果相對減弱。綜上所述，氧化鑭摻雜能夠顯著細化不同Si/B比的Mo-Si-B合金的微觀組織，且在Si/B比為1:1時細化效果最佳。氧化鑭通過提供異質(zhì)形核核心和釘扎晶界的方式，有效地抑制了晶粒的長大，使合金的微觀結(jié)構(gòu)更加均勻、細小，為提升合金的力學(xué)性能和抗氧化性能奠定了良好的微觀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。四、Si/B比對合金力學(xué)性能的影響4.1室溫力學(xué)性能通過電子萬能材料試驗機對不同Si/B比的氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金進行室溫拉伸試驗、彎曲試驗、壓縮試驗以及采用維氏硬度計進行硬度測試，得到了一系列力學(xué)性能數(shù)據(jù)，如表2所示。從拉伸試驗結(jié)果來看，隨著Si/B比從1:1增加到3:1，合金的屈服強度從[X1]MPa逐漸增加至[X3]MPa，抗拉強度從[Y1]MPa提高到[Y3]MPa，但延伸率卻從[Z1]%顯著下降至[Z3]%。這是因為隨著Si/B比的增大，合金中Mo?Si相的含量逐漸增加。Mo?Si相具有較高的硬度和強度，其含量的增加使得合金的整體強度得到提升，從而提高了屈服強度和抗拉強度；然而，Mo?Si相屬于脆性相，其增多會導(dǎo)致合金的塑性降低，使得延伸率下降。在彎曲試驗中，合金的彎曲強度隨著Si/B比的增大呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)Si/B比為2:1時，彎曲強度達到最大值[M]MPa。這是因為在Si/B比為2:1時，合金的微觀組織相對較為均勻，各相之間的協(xié)同作用較好，能夠有效地抵抗彎曲載荷；當(dāng)Si/B比進一步增大到3:1時，連續(xù)的Mo?Si相網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)雖然提高了合金的強度，但由于其脆性較大，在彎曲過程中容易產(chǎn)生裂紋并迅速擴展，導(dǎo)致彎曲強度下降。壓縮試驗結(jié)果表明，合金的壓縮強度隨著Si/B比的增大而逐漸增加，從Si/B比為1:1時的[C1]MPa增加到3:1時的[C3]MPa。這是因為在壓縮過程中，合金主要依靠晶體內(nèi)部的位錯運動和晶界的協(xié)調(diào)變形來抵抗外力。隨著Si/B比的增大，Mo?Si相含量增加，其高硬度和高強度能夠阻礙位錯運動，使合金在壓縮過程中更難發(fā)生塑性變形，從而提高了壓縮強度。硬度測試結(jié)果顯示，合金的硬度隨Si/B比的增大而增大，從Si/B比為1:1時的[H1]HV增加到3:1時的[H3]HV。這是由于Mo?Si相的硬度較高，其含量的增加直接導(dǎo)致合金整體硬度的提高。綜上所述，Si/B比對氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金的室溫力學(xué)性能有著顯著影響。隨著Si/B比的增大，合金的強度和硬度提高，但塑性下降。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的使用要求，合理選擇Si/B比，以獲得滿足性能需求的合金材料。4.2高溫力學(xué)性能在航空航天、能源等領(lǐng)域，Mo-Si-B合金常需在高溫環(huán)境下服役，其高溫力學(xué)性能至關(guān)重要。本研究對不同Si/B比的氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金進行高溫壓縮試驗和高溫持久試驗，以探究Si/B比對合金高溫力學(xué)性能的影響。圖5展示了不同Si/B比合金在1200℃下的高溫壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從圖中可明顯看出，隨著Si/B比從1:1增加到3:1，合金的抗壓強度顯著提高。Si/B比為1:1時，合金在1200℃下的抗壓強度為[X1]MPa；當(dāng)Si/B比提高到3:1時，抗壓強度提升至[X3]MPa。這主要歸因于隨著Si/B比增大，合金中Mo?Si相含量增加。Mo?Si相具有較高的高溫強度，在高溫壓縮過程中，能夠有效阻礙位錯運動，增強合金抵抗變形的能力，從而提高合金的抗壓強度。同時，較高的Si/B比使合金的微觀結(jié)構(gòu)更加致密，晶界更加穩(wěn)定，也有助于提高合金的高溫抗壓性能。然而，隨著Si/B比的增大，合金的塑性變形能力有所下降。在相同的應(yīng)變條件下，Si/B比為1:1的合金表現(xiàn)出更大的塑性變形，而Si/B比為3:1的合金塑性變形相對較小。這是因為Mo?Si相在高溫下仍具有一定的脆性，其含量的增加會導(dǎo)致合金整體塑性降低，在高溫壓縮過程中更容易發(fā)生脆性斷裂。圖6呈現(xiàn)了不同Si/B比合金在1300℃、100MPa應(yīng)力下的高溫持久壽命曲線。結(jié)果顯示，Si/B比為2:1的合金具有最長的持久壽命，達到[Y1]h；Si/B比為1:1的合金持久壽命為[Y2]h；Si/B比為3:1的合金持久壽命最短，為[Y3]h。這表明，適當(dāng)?shù)腟i/B比（如2:1）能夠優(yōu)化合金的微觀組織，使各相之間的協(xié)同作用達到最佳狀態(tài)，從而顯著提高合金的高溫持久性能。在Si/B比為2:1的合金中，α-Mo相、Mo?Si相和Mo?SiB?相的比例較為合理，α-Mo相提供一定的韌性，Mo?Si相和Mo?SiB?相則保證了合金的高溫強度，在高溫持久試驗過程中，各相能夠共同承受外力，延緩裂紋的萌生和擴展，從而延長合金的持久壽命。而當(dāng)Si/B比過高（如3:1）或過低（如1:1）時，合金的微觀組織不夠理想，各相之間的協(xié)同作用減弱，導(dǎo)致高溫持久性能下降。Si/B比為3:1時，過多的Mo?Si相形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，雖然提高了合金的強度，但也增加了裂紋擴展的路徑，使得合金更容易在高溫持久試驗中發(fā)生斷裂；Si/B比為1:1時，Mo?Si相和Mo?SiB?相的含量相對較低，合金的高溫強度不足，難以在長時間的高溫應(yīng)力作用下保持穩(wěn)定，從而導(dǎo)致持久壽命較短。綜上所述，Si/B比對氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金的高溫力學(xué)性能有顯著影響。適當(dāng)增大Si/B比可提高合金的高溫抗壓強度，但會降低塑性變形能力；合適的Si/B比（如2:1）能優(yōu)化合金微觀組織，增強各相協(xié)同作用，提高合金的高溫持久性能。在實際應(yīng)用中，需根據(jù)具體服役條件，合理調(diào)整Si/B比，以滿足合金在高溫環(huán)境下的力學(xué)性能需求。4.3氧化鑭摻雜對力學(xué)性能的增強機制氧化鑭摻雜對Mo-Si-B合金力學(xué)性能的增強機制主要包括細晶強化、顆粒強化和固溶強化等方面。細晶強化是氧化鑭摻雜提高合金力學(xué)性能的重要機制之一。從微觀組織分析可知，氧化鑭在合金凝固過程中起到異質(zhì)形核核心的作用，大量的氧化鑭顆粒為晶粒的形核提供了豐富的位點，使形核率顯著增加。同時，在合金的凝固和冷卻過程中，氧化鑭顆粒能夠釘扎晶界，有效阻礙晶界的遷移和晶粒的長大。隨著氧化鑭摻雜量的增加，合金中α-Mo相、Mo?Si相和Mo?SiB?相的晶粒尺寸均明顯減小，平均晶粒尺寸從未摻雜時的[X]μm減小至摻雜后的[Y]μm。根據(jù)Hall-Petch關(guān)系，材料的屈服強度與晶粒尺寸的平方根成反比，即σ=σ?+kd?1/?，其中σ為屈服強度，σ?為常數(shù)，k為強化系數(shù)，d為晶粒尺寸。晶粒尺寸的減小使得晶界面積大幅增加，而晶界是位錯運動的障礙。當(dāng)位錯運動到晶界時，會受到晶界的阻礙，需要更大的外力才能使位錯越過晶界繼續(xù)運動，從而提高了合金的強度和硬度。此外，細小的晶粒還能使合金在受力時的變形更加均勻，降低應(yīng)力集中，提高合金的塑性和韌性。顆粒強化也是氧化鑭摻雜增強合金力學(xué)性能的重要因素。氧化鑭在合金中以細小顆粒的形式均勻分布，這些顆粒與基體之間存在著一定的界面能和彈性模量差異。當(dāng)合金受到外力作用時，位錯在基體中運動，遇到氧化鑭顆粒時，位錯會受到顆粒的阻礙而發(fā)生彎曲、塞積，形成位錯胞或位錯纏結(jié)。為了使位錯繼續(xù)運動，需要更大的外力來克服顆粒對位錯的阻礙作用，從而提高了合金的強度。這種顆粒強化作用在高溫下尤為顯著，因為在高溫下，合金基體的強度會降低，而氧化鑭顆粒的高溫穩(wěn)定性較好，能夠繼續(xù)發(fā)揮其阻礙位錯運動的作用，有效地提高合金的高溫強度和抗蠕變性能。同時，氧化鑭顆粒還可以阻礙裂紋的萌生和擴展，當(dāng)裂紋擴展到氧化鑭顆粒處時，由于顆粒與基體之間的界面結(jié)合力較強，裂紋會被顆粒阻擋，或者改變擴展方向，消耗更多的能量，從而提高合金的斷裂韌性。氧化鑭摻雜還可能產(chǎn)生一定的固溶強化效果。雖然氧化鑭在Mo-Si-B合金中的固溶度較低，但部分La3?離子可能會進入合金的晶格中，引起晶格畸變。La3?離子的半徑與Mo、Si、B等原子的半徑存在差異，當(dāng)La3?離子溶入晶格后，會使晶格發(fā)生局部畸變，形成應(yīng)力場。位錯在運動過程中，會受到這種應(yīng)力場的作用，增加位錯運動的阻力，從而提高合金的強度。固溶強化作用雖然相對較弱，但與細晶強化和顆粒強化共同作用，進一步提高了合金的綜合力學(xué)性能。綜上所述，氧化鑭摻雜通過細晶強化、顆粒強化和固溶強化等多種機制協(xié)同作用，顯著提高了Mo-Si-B合金的力學(xué)性能，使其在室溫及高溫下都具有更好的強度、硬度、塑性和韌性，為Mo-Si-B合金在高溫結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更廣闊的前景。五、Si/B比對合金抗氧化性能的影響5.1氧化動力學(xué)分析通過熱重分析儀（TGA）對不同Si/B比的氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金進行等溫氧化實驗，實驗在空氣氣氛下進行，溫度設(shè)定為1000℃，氧化時間為100h，得到了合金的氧化動力學(xué)曲線，如圖7所示。從圖中可以清晰地看出，在整個氧化過程中，不同Si/B比合金的質(zhì)量變化呈現(xiàn)出不同的趨勢。在氧化初期（0-10h），所有合金的質(zhì)量均快速增加，這是因為在高溫有氧環(huán)境下，合金表面的Mo、Si、B等元素迅速與氧氣發(fā)生反應(yīng)，形成相應(yīng)的氧化物，導(dǎo)致質(zhì)量快速上升。隨著氧化時間的延長（10-50h），Si/B比為1:1的合金質(zhì)量增加速率逐漸減緩，而Si/B比為2:1和3:1的合金質(zhì)量增加速率相對較快。這是因為Si/B比為1:1時，合金中各相的比例相對較為均衡，在氧化初期形成的氧化膜相對較為致密，能夠在一定程度上阻礙氧氣的進一步擴散，從而減緩氧化速率；而Si/B比為2:1和3:1時，合金中Mo?Si相含量較高，在氧化過程中，Mo?Si相的氧化產(chǎn)物可能會導(dǎo)致氧化膜結(jié)構(gòu)的變化，使其致密性降低，氧氣更容易擴散到合金內(nèi)部，加速氧化反應(yīng)。在氧化后期（50-100h），Si/B比為1:1的合金質(zhì)量增加速率趨于平穩(wěn)，而Si/B比為2:1和3:1的合金質(zhì)量仍持續(xù)增加，但增加速率也有所減緩。這表明Si/B比為1:1的合金在氧化后期形成的氧化膜具有較好的保護性，能夠有效地抑制氧化反應(yīng)的進行；而Si/B比為2:1和3:1的合金氧化膜雖然在后期也逐漸發(fā)揮一定的保護作用，但由于前期氧化膜結(jié)構(gòu)的影響，其保護效果相對較弱。為了更準確地分析Si/B比與氧化速率的關(guān)系，對氧化動力學(xué)曲線進行擬合，得到不同Si/B比合金的氧化速率常數(shù)，如表3所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出，Si/B比為1:1的合金氧化速率常數(shù)最小，為[X1]mg2/(cm??h)，表明其氧化速率最慢，抗氧化性能最佳；Si/B比為2:1的合金氧化速率常數(shù)為[X2]mg2/(cm??h)，氧化速率次之；Si/B比為3:1的合金氧化速率常數(shù)最大，為[X3]mg2/(cm??h)，氧化速率最快，抗氧化性能最差。這進一步說明，隨著Si/B比的增大，合金的氧化速率逐漸加快，抗氧化性能逐漸降低。綜合氧化動力學(xué)曲線和氧化速率常數(shù)分析可知，Si/B比對氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金的抗氧化性能有著顯著影響，合適的Si/B比（如1:1）能夠優(yōu)化合金的微觀結(jié)構(gòu)，促進形成致密、穩(wěn)定的氧化膜，從而有效提高合金的抗氧化性能；而過高的Si/B比會導(dǎo)致合金微觀結(jié)構(gòu)變化，氧化膜質(zhì)量下降，使合金的抗氧化性能降低。5.2氧化膜結(jié)構(gòu)與成分采用X射線衍射儀（XRD）和掃描電子顯微鏡-能譜儀（SEM-EDS）對不同Si/B比的氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金在1000℃氧化100h后的氧化膜進行分析，以探究氧化膜的結(jié)構(gòu)和成分。圖8為Si/B比分別為1:1、2:1、3:1時合金氧化膜的XRD圖譜。從圖中可以看出，所有合金氧化膜中均檢測到MoO?、SiO?和B?O?相。這表明在氧化過程中，合金中的Mo、Si、B元素均被氧化，形成了相應(yīng)的氧化物。其中，MoO?是Mo元素的主要氧化產(chǎn)物，其具有較高的揮發(fā)性，在高溫下容易揮發(fā)，從而導(dǎo)致氧化膜的質(zhì)量損失和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；SiO?是一種致密的氧化物，具有良好的抗氧化性能，能夠在合金表面形成一層連續(xù)的保護膜，有效阻止氧氣的進一步擴散，減緩氧化速率；B?O?具有較低的熔點，在高溫下呈液態(tài)，能夠填充氧化膜中的孔隙和裂紋，提高氧化膜的致密性和完整性，但B?O?在高溫下也容易揮發(fā)，影響氧化膜的穩(wěn)定性。對比不同Si/B比合金氧化膜的XRD圖譜，發(fā)現(xiàn)隨著Si/B比的增大，SiO?相的衍射峰強度逐漸增強，而B?O?相的衍射峰強度逐漸減弱。這說明隨著Si/B比的增大，合金氧化膜中SiO?的含量逐漸增加，B?O?的含量逐漸減少。這是因為Si含量的增加，使得更多的Si原子參與氧化反應(yīng)，生成更多的SiO?；而B含量相對減少，導(dǎo)致B?O?的生成量降低。為了進一步了解氧化膜的微觀結(jié)構(gòu)和成分分布，采用SEM-EDS對不同Si/B比合金氧化膜的截面進行觀察和分析。圖9為Si/B比分別為1:1、2:1、3:1時合金氧化膜截面的SEM圖像，圖中白色區(qū)域為氧化膜，灰色區(qū)域為合金基體。從圖中可以看出，Si/B比為1:1的合金氧化膜較為致密，厚度相對均勻，約為[X1]μm；Si/B比為2:1的合金氧化膜厚度略有增加，約為[X2]μm，但在氧化膜中出現(xiàn)了一些細小的孔隙；Si/B比為3:1的合金氧化膜厚度明顯增加，約為[X3]μm，但氧化膜結(jié)構(gòu)較為疏松，存在較多的孔隙和裂紋。結(jié)合EDS分析結(jié)果（表4），可以發(fā)現(xiàn)Si/B比為1:1的合金氧化膜中，Si、B元素分布相對均勻，且在氧化膜與合金基體的界面處，元素過渡較為平緩，這表明該合金氧化膜與基體之間的結(jié)合力較強，能夠有效地保護合金基體；Si/B比為2:1的合金氧化膜中，Si元素在氧化膜外層含量較高，B元素在氧化膜內(nèi)層含量相對較高，且在氧化膜中出現(xiàn)了Si元素的局部富集現(xiàn)象，這可能是由于Si的氧化速率較快，在氧化膜外層優(yōu)先形成了SiO?，而B的氧化產(chǎn)物B?O?在高溫下的流動性和揮發(fā)性導(dǎo)致其在氧化膜內(nèi)層相對富集；Si/B比為3:1的合金氧化膜中，Si元素含量較高，但B元素含量較低，且在氧化膜中存在明顯的元素偏析現(xiàn)象，這使得氧化膜的結(jié)構(gòu)不均勻，降低了氧化膜的保護性能。綜上所述，Si/B比對氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金氧化膜的結(jié)構(gòu)和成分有著顯著影響。隨著Si/B比的增大，氧化膜中SiO?的含量增加，B?O?的含量減少，氧化膜的結(jié)構(gòu)從致密逐漸變得疏松，元素分布也變得不均勻。這些變化會直接影響氧化膜的保護性能，進而影響合金的抗氧化性能。Si/B比為1:1時，合金氧化膜的結(jié)構(gòu)和成分相對較為理想，具有較好的抗氧化性能；而過高的Si/B比會導(dǎo)致氧化膜質(zhì)量下降，使合金的抗氧化性能降低。5.3氧化鑭摻雜對抗氧化性能的改善作用為研究氧化鑭摻雜對氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金抗氧化性能的改善作用，對比了未摻雜氧化鑭且Si/B比為1:1的合金與摻雜0.5wt.%氧化鑭且Si/B比為1:1的合金在1000℃下的氧化動力學(xué)曲線，如圖10所示。從圖中可以明顯看出，在整個氧化過程中，摻雜氧化鑭的合金質(zhì)量增加速率明顯低于未摻雜合金。在氧化初期（0-10h），未摻雜合金的質(zhì)量快速增加，而摻雜氧化鑭的合金質(zhì)量增加相對緩慢；隨著氧化時間的延長（10-100h），未摻雜合金的質(zhì)量持續(xù)增加，且增加速率相對較快，而摻雜氧化鑭的合金質(zhì)量增加速率逐漸減緩，在后期趨于平穩(wěn)。這表明氧化鑭摻雜能夠有效降低合金的氧化速率，提高合金的抗氧化性能。對氧化100h后的合金氧化膜進行XRD和SEM-EDS分析，以探究氧化鑭改善抗氧化性能的作用機制。XRD分析結(jié)果（圖11）顯示，摻雜氧化鑭的合金氧化膜中，除了MoO?、SiO?和B?O?相外，還檢測到了La?O?CO?相。這是因為氧化鑭在高溫氧化過程中，與氧氣和二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，生成了La?O?CO?。La?O?CO?相的存在能夠填充氧化膜中的孔隙和裂紋，提高氧化膜的致密性和完整性，從而增強氧化膜的保護性能。SEM-EDS分析結(jié)果（圖12和表5）表明，摻雜氧化鑭的合金氧化膜更加致密，厚度相對均勻，約為[X]μm，且氧化膜與合金基體之間的結(jié)合力較強。在氧化膜中，Si、B元素分布更加均勻，未出現(xiàn)明顯的元素偏析現(xiàn)象。這是因為氧化鑭的摻雜促進了Si、B元素在氧化膜中的均勻分布，使得氧化膜的成分更加均勻，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。同時，氧化鑭還能夠抑制MoO?的揮發(fā)，減少氧化膜的質(zhì)量損失，提高氧化膜的穩(wěn)定性。進一步分析氧化鑭摻雜與Si/B比的協(xié)同作用對合金抗氧化性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Si/B比為1:1時，氧化鑭摻雜對合金抗氧化性能的改善作用最為顯著；隨著Si/B比的增大，氧化鑭摻雜的改善效果逐漸減弱。這是因為隨著Si/B比的增大，合金中Mo?Si相含量增加，Mo?Si相的氧化行為和產(chǎn)物會對氧化膜的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生較大影響，與氧化鑭的作用相互競爭，從而削弱了氧化鑭對合金抗氧化性能的改善效果。綜上所述，氧化鑭摻雜能夠顯著改善氧化鑭摻雜Mo-Si-B合金的抗氧化性能。氧化鑭通過生成La?O?CO?相、促進Si和B元素均勻分布、抑制MoO?揮發(fā)等作用，提高氧化膜的致密性、完整性和穩(wěn)定性，從而降低合金的氧化速率。且在Si/B比為1:1時，氧化鑭摻雜的改善效果最佳，隨著Si/B比增大，改善效果逐漸減弱。六、綜合分析與討論6.1Si/B比、氧化鑭摻雜與合金性能的內(nèi)在聯(lián)系從微觀組織角度來看，Si/B比和氧化鑭摻雜對Mo-Si-B合金性能的影響存在著緊密的內(nèi)在聯(lián)系。Si/B比的變化直接影響合金的物相組成和微觀組織形貌。隨著Si/B比的增大，Mo?Si相含量逐漸增加，其形態(tài)從均勻分布逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，α-Mo相尺寸減小且分布更加分散，Mo?SiB?相尺寸減小且分布由均勻變得分散。這種微觀組織的變化對合金的力學(xué)性能和抗氧化性能產(chǎn)生顯著影響。在力學(xué)性能方面，Mo?Si相含量的增加使得合金的強度和硬度提高，但由于其屬于脆性相，過多的Mo?Si相會導(dǎo)致合金塑性下降。在室溫拉伸試驗中，隨著Si/B比增大，合金的屈服強度和抗拉強度提高，但延伸率顯著下降；在高溫壓縮試驗中，Mo?Si相的增多提高了合金的抗壓強度，但降低了塑性變形能力。而α-Mo相主要提供韌性，其含量的相對減少會在一定程度上降低合金的韌性。氧化鑭摻雜通過細化晶粒和顆粒強化等機制對合金性能產(chǎn)生積極影響。氧化鑭在合金凝固過程中作為異質(zhì)形核核心，增加形核位點，同時釘扎晶界，阻礙晶粒長大，使合金微觀組織細化。細晶強化作用使得晶界面積增加，位錯運動受阻，從而提高合金的強度和硬度。細小的晶粒還能使合金變形更加均勻，提高塑性和韌性。氧化鑭以細小顆粒形式均勻分布，通過顆粒強化機制阻礙位錯運動，提高合金強度，在高溫下這種作用更為顯著，有效提高合金的高溫強度和抗蠕變性能。在抗氧化性能方面，Si/B比影響氧化膜的結(jié)構(gòu)和成分。隨著Si/B比增大，氧化膜中SiO?含量增加，B?O?含量減少，氧化膜結(jié)構(gòu)從致密逐漸變得疏松，元素分布也變得不均勻，導(dǎo)致合金抗氧化性能降低。而氧化鑭摻雜能夠改善合金的抗氧化性能，在高溫氧化過程中，氧化鑭與氧氣和二氧化碳反應(yīng)生成La?O?CO?相，填充氧化膜孔隙和裂紋，提高氧化膜的致密性和完整性；促進Si、B元素在氧化膜中均勻分布，抑制MoO?揮發(fā)，增強氧化膜的穩(wěn)定性，從而降低合金的氧化速率。且在Si/B比為1:1時，氧化鑭摻雜的改善效果最佳，隨著Si/B比增大，改善效果逐漸減弱。6.2合金組織性能調(diào)控的優(yōu)化策略基于本研究結(jié)果，為優(yōu)化Mo-Si-B合金的組織性能，在確定Si/B比和氧化鑭摻雜量時可參考以下建議。對于Si/B比的選擇，應(yīng)綜合考慮合金所需的力學(xué)性能和抗氧化性能。若追求較高的強度和硬度，可適當(dāng)提高Si/B比，因為隨著Si/B比增大，Mo?Si相含量增加，能有效提升合金的強度和硬度。但需注意，過高的Si/B比會導(dǎo)致塑性和抗氧化性能下降，如在室溫拉伸試驗中，Si/B比增大使延伸率顯著下降，在抗氧化性能測試中，過高的Si/B比會使氧化膜質(zhì)量下降，氧化速率加快。因此，當(dāng)對合金的塑性和抗氧化性能有較高要求時，應(yīng)選擇相對較低的Si/B比。一般而言，若合金主要應(yīng)用于對強度要求較高，而對塑性和抗氧化性能要求相對較低的環(huán)境，如某些高溫結(jié)構(gòu)件在短時間內(nèi)承受較大載荷的情況，Si/B比可選擇在3:1左右；若合金需在長時間高溫環(huán)境下服役，且對塑性和抗氧化性能要求較高，如航空發(fā)動機的高溫部件，Si/B比為1:1或2:1較為合適。在實際應(yīng)用中，還需根據(jù)具體工況和性能需求，通過實驗進一步優(yōu)化Si/B比。關(guān)于氧化鑭摻雜量，適量的氧化鑭摻雜能夠顯著改善合金的微觀組織和性能。氧化鑭通過細化晶粒和顆粒強化等機制，提高合金的強度、硬度和抗氧化性能。在本研究中，摻雜0.5wt.%氧化鑭時，合金的晶粒得到明顯細化，力學(xué)性能和抗氧化性能均有顯著提升。但并非氧化鑭摻雜量越高越好，過多的氧化鑭可能會導(dǎo)致合金中出現(xiàn)雜質(zhì)相或團聚現(xiàn)象，反而降低合金性能。因此，在實際應(yīng)用中，氧化鑭摻雜量可控制在0.5wt.%-1.0wt.%之間。當(dāng)合金對強度和硬度要求較高時，可適當(dāng)提高氧化鑭摻雜量至1.0wt.%；若更注重合金的綜合性能，包括塑性、韌性和抗氧化性能的平衡，0.5wt.%的氧化鑭摻雜量較為適宜。同時，