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1 国内外研究现状

目前，液氢液氧发动机正在逐渐的替代原有的火箭的动力系统。Cu-Zr合金作为火箭发动机燃烧室新兴材料而被关注。锆元素是钛族元素的一种，有着优异的合金化性能，其在1800℃以上才能熔化，其氧化物的熔点更是达到2700℃。虽然锆铜合金具有良好的导热性、高温强度和抗氧化性能，但其抗高温蠕变性能不佳，作为发动机燃烧室材料还需要进一步的开发。87110

近年来，以美国为主发达国家的开始采用高强高导铜合金取代传统钢材作为液氢液氧发动机燃烧室的材料。由于该发动机的燃烧室温度和压力比传统发动机要大，需要能降低燃烧室内侧的燃气温度与加强室壁冷却的材料。而提高材料的导热性能是加强冷却的关键，而金属的导热性能和导电性成正比，只需找到更高导电性的材料。铜合金相比传统钢材而言，有着更好的导电性能即导热性，是燃烧室合适的替换材料。发达国家自上世纪70年代开始，便对高强高导电铜合金开发与研究工作，积累了大量经验。而大量对比试验表明，铜银锆合金相对其他材料有着更好的综合性能。美NASA研究中心为此特地研制出了一种新型铜合金Narloy-Z[6]，其成分组成为Cu-3Ag-0。5Zr，它的理论耐疲劳性能远远高于我国目前采用的Cu-Zr合金。而我国对此研究才刚刚起步，学习和仿造了真空炉熔炼铜银锆合金的基本工艺。但工艺并不成熟，产品多存在各种缺陷。继续大量的科研工作，以满足我国航天航空事业的需求。

就以本课题所用的铜银锆合金为例，其理论参数要全面优于我国目前使用的铜锆合金。但在实际的生产过程中，该合金总是出现缺陷，其中就以本课题研究的偏析现象为主。而这些缺陷导致了铜银锆合金在实际运用中的表现一般，且其成本支出太高，无实际运用价值，制约了我国航空事业的发展。所以研究其偏析形貌，从铸造角度分析合金的偏析组织形成机制有着重要的意义。

2 发展趋势

为进一步提升我国的航空航天水平，寻求更好的燃烧室材料具有重大意义。而铜银锆合金是目前国外的主流材料，但我国在生产的合金总是不能达到其设计参数，提高铜银锆合金的相关性能便尤为重要。目前较为被认可和进行相关研究的方法是向合金中添加稀土元素。稀土元素被誉为金属元素中的“维生素”，它可以起到去杂质、净化金属液与细化晶粒等一系列作用[7,8]。经过相关研究，铜银锆合金中加入微量的Ce元素可以显著地提高铜银锆合金的强度和硬度，但同时导电率略微下降。Ce元素的加入还会引起再结晶温度的变化，会使铜银锆合金的再结晶温度升高约50℃。Ce在铜银锆合金中主要的存在形式有3种，分别为少量固溶物、稀土夹杂物和金属间化合物[9,10]。Ce元素对铜银锆合金的影响为：①微量Ce元素能和铜合金中的易溶元素生成难溶的二元或多元的高熔点稀土化合物，形成熔渣排出炉内，起到除杂的作用；②Ce元素还与金属液中的杂质气体发生反应生成高熔点稀土化合物，密度比合金液低上浮至液面后排出，从而对合金起到净化作用；③Ce容易与Cu发生反应生成CeCu6这一新相，使合金凝固时非均匀形核，且沿晶界分布新相也阻碍了晶粒的长大[11,12]；④Ce原子易于对表面的缺陷进行填补，阻碍晶粒生长和细化晶粒，同时又可形成促进形核的生成和长大的较大的过冷区；⑤微量Ce元素还可以提高铜银锆合金的软化温度。经国内外学者的研究表明，Ce能提高铜银锆合金的综合性能，如表1-2所示。

表1-2 加Ce后合金的性能的变化

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