Ni3Al
金属间化合物资料讲解
1、什么是金属间化合物,性能特征?答:金属间化合物:金属与金属或金属与类金属之间所形成的化合物。
由两个或多个的金属组元按比例组成的具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构和金属基本特性的化合物。
金属间化合物的性能特点:力学性能:高硬度、高熔点、高的抗蠕变性能、低塑性等;良好的抗氧化性;特殊的物理化学性质:具有电学、磁学、声学性质等,可用于半导体材料、形状记忆材料、储氢材料、磁性材料等等。
2、含有金属间化合物的二元相图类型及各自特点?答:熔解式金属间化合物相:在相图上有明显的熔化温度,并生成成分相同的液相。
通常具有共晶反应或包晶反应。
化合物的熔点往往高于纯组元。
分解式金属间化合物相:在相图上没有明显的熔解温度,当温度达到分解温度时发生分解反应,即β<=>L+α。
常见的是由包晶反应先生成的。
化合物的熔点没有出现。
固态生成金属间化合物相:通过有序化转变得到的有序相。
经常发生在一定的成分区间和较无序相低的温度范围。
通过固态相变而形成的金属间化合物相,可以有包析和共析两种不同的固态相变。
3、金属间化合物的溶解度规律特点?答:(1)由于金属间化合物的组元是有序分布的,组成元素各自组成自己的亚点阵。
固溶元素可以只取代某一个组成元素,占据该元素的亚点阵位置,也可以分布在不同亚点阵之间,这导致溶解度的有限性。
(2)金属间化合物固溶合金元素时有可能产生不同的缺陷,称为组成缺陷(空位或反位原子)。
但M元素取代化合物中A或B时,A和B两个亚点阵中的原子数产生不匹配,就会产生组成空位或组成反位原子(即占领别的亚点阵位置)。
(3)金属间化合物的结合键性及晶体结构不同于其组元,影响溶解度,多为有限溶解,甚至不溶。
表现为线性化合物。
(4)当第三组元在金属间化合物中溶解度较大时,第三组元不仅可能无序取代组成元素,随机分布在亚点阵内,而且第三组元可以从无序分布逐步向有序化变化,甚至生成三元化合物。
4、金属间化合物的结构类型及分类方法?(未完)答:第一种分类方法:按照晶体结构分类(几何密排相(GCP相)和拓扑密排相(TCP相))。
高硬度高耐蚀性Ni基合金DSA760的材料特性
高硬度高耐蚀性Ni基合金DSA760的材料特性全荣马氏体系不锈钢是接近60HRC硬度的高耐蚀性材料的代表,但其耐蚀性的潜能要比奥氏体系不锈钢差。
最近,开发了充分运用氮的高氮马氏体不锈钢。
该产品在含有氯化物的环境下,显示了非常良好的耐蚀性,但耐酸性腐蚀不充分。
因为有相变点,所以高温下软化,是强磁性,而且不受不能用于非磁性用途的限制。
作为耐蚀性优越的高硬度材料,还有时效硬化型钛合金,此外没有更接近60tHRC的材料。
日本大同特殊钢公司开发的DSA760具有高硬度和高耐蚀性,而且是非磁性的。
该材料以Ni-38Cr-3.8Al(mass%)为基本成分,γ’相(Ni3Al)和αCr相复合析出,获得非常高的硬度。
该析出形成起始于晶界的网格结构,即非连续析出反应,并受网格结构边界的Cr向晶界扩散的控制。
由于这种特异的析出现象而获得高硬度的一方,在高温下成为γ单相组织,所以,可以作为热态加工的锻造材供货,并且在固溶化热处理状态也可以冷态加工。
此外,因为是高Cr,所以对各种腐蚀环境均具有耐蚀性。
DSA760没有相变点,高硬度可以持续到较高的高温,耐氧化性和耐高温腐蚀性优越,所以,还期待作为耐热材料应用。
本文主要介绍DSA760的各种特性。
1 试验用料及试验方法DSA760的基本成分由Ni-38Cr—3.8Al(mass%)组成,除此之外,为提高热态加工性,添加微量的B和Mg。
真空溶解后,用于锻造和轧制用的材料。
球状αCr相在完全不固溶的温度1373K或1423K进行3.6ks水冷的固溶热处理(以下简称为ST:1373材、ST:1423材),一部分再用823K—1123K之间的温度进行86.4ks的时效热处理(AG),经过这些处理后的材料用于评价。
在10%草酸溶液中电解腐蚀后,用光学显微镜观察了各材料的显微组织。
首先,用直径6mm、长度9mm的试样,采用缓加压的冷态压缩试验,评价了固溶化热处理状态的冷态加工性。
接着,对变化时效温度的时效热处理材,进行了JIS规定的硬度试验(Z2245)、拉伸试验(Z2241)和10R缺口的夏比冲击试验(Z2242)。
金属间化合物
目录摘要 (1)1金属间化合物的定义 (1)2金属间化合物晶体结构 (1)2.1 金属间化合物晶体结构分类 (1)2.2金属间化合物晶体结构特点 (2)2.2.1几何密排相 (2)2.2.2拓扑密排相 (5)2.3 金属间化合物晶体结构的稳定性 (6)2.3.1几何密排相 (8)2.3.2拓扑密排相 (10)3金属间化合物的电子理论 (11)3.1金属间化合物的结合键形式 (11)3.2合金的基态性质 (12)3.3金属间化合物的电子结构方法 (13)4 总结 (16)5 参考文献 (16)金属间化合物晶体结构、结构稳定性和电子理论摘要为了促进金属间化合物在结构材料方面的应用,首先必须理解金属间化合物的晶体结构、结构稳定性及电子理论。
本文从金属间化合物的定义出发,详细介绍了金属间化合物晶体结构的分类、特点和稳定性,并且为了弄清金属间化合物的结合键形式,从合金的基态性质出发介绍了两种研究金属间化合物电子结构的方法,即第一性原理和固体与分子经验电子理论。
作者认为,金属间化合物的电子结构决定了结合键形式,而结合键形式又决定了结构类型。
根据能量最低最稳定的原则,表征晶体结构的参数应以原子结合能为主,其它参数如原子尺寸、负电性和电子浓度均不够全面,金属间化合物的电子结构计算方法也应着重计算不同结构下的原子结合能。
关键词:金属间化合物,晶体结构,结合键,基态性质,第一性原理1金属间化合物的定义金属间化合物是指由两个或更多的金属组元或类金属组元按比例组成的具有金属基本特性和不同于其组元的长程有序晶体结构的化合物。
金属间化合物具有金属的基本特性,如金属光泽、金属导电性及导热性等。
金属间化合物的晶体结构不同于其组元,为有序的超点阵结构。
组元原子各占据点阵的固定阵点,最大程度地形成异类原子之间的结合。
2金属间化合物晶体结构2.1 金属间化合物晶体结构分类图1为金属间化合物晶体结构的分类,粗略分为两类,即几何密排相(Geometrically Close-packed Phase)和拓扑密排相(Topologically Close-packed Phase)。
Ni3Al基复合材料的组织与性能
第35卷1999 第1期年1月金属学报ACTA M ETALL U R GICA SIN ICA Vol.35No.1January1999 Ni3Al基复合材料的组织与性能3冯 涤 叶武俊 张春福 陈蓓京 骆合力(钢铁研究总院,北京100081)摘 要 通过机械法将NiAl粉、Ni粉WC粉混合后烧结,堆焊制备成Ni3Al+WC复合材料.研究结果表明,该复合材料在堆焊过程中,可促使大部分WC不溶入熔池而直接以颗粒状分布于Ni3Al基体上,在WC的抗磨特性和基体的抗汽蚀性能联合作用下,使该复合材料具有高的硬度及较好的抗汽蚀和抗水砂磨损的性能.关键词 复合材料,Ni3Al基合金,抗汽蚀性能,硬度中图法分类号 TB331 文献标识码 A 文章编号0412-1961(1999)01-0086-88MICR OSTRUCTURE AN D PR OPERTIES OF Ni3Al BASE COMPOSITEFEN G Di,Y E W uj un,ZHA N G Chunf u,CH EN Beiji ng,L U O HeliCentral Iron and Steel Research Institute,Beijing100081Corre spondent:YE Wujun,T el:(010)62184624,Fax:(010)62181018,E-mail:htmrd@ Manuscript received1998-08-06ABSTRACT Through mechanical mixing of NiAl,Ni and WC powders,and then presintering and lap welding the mixed powders.a Ni3Al base composite—Ni3Al base alloy bonded WC cermet has been suc2 cessfully made.The composite shows high hardness,good cavitation resistance and excellent silt-laden water wear.KE Y WOR DS composite,Ni3Al base alloy,resistance of cavitation erosion,hardness 目前,有关研究发现Ni3Al基合金具有良好的抗汽蚀性能[1-3],水轮机叶片强汽蚀区的模拟汽蚀试验已证实这一结果[4].文献[5]报道了大型叶片的防护试验,在实际工矿条件下运行了两年,尚未出现较大的汽蚀损伤.但对于Ni3Al的含砂水流磨蚀的报道却结果各异.文献[2]表明, Ni3Al基合金IC-218的耐磨损性能的效果不显著,类似于304不锈钢;旋转水砂磨蚀试验[6]表明,Ni3Al基合金表现出良好的耐磨损性能.而中国的河流多为泥沙型,因此水力机械过流部件必须要经受汽蚀损伤和泥砂磨损联合作用的考验.已进行的这类模拟试验[7]表明,Ni3Al基IC-218合金明显比低碳低合金钢、不锈钢更抗汽蚀和水砂磨蚀,但总体效果不够理想.本工作研究了以Ni3Al为基颗粒强化的复合材料,并进行了显微组织分析以及抗水砂射流磨损试验,以期进一步开发一种可用于该条件下的材料.1 实验方法实验采用真空感应炉冶炼并浇铸成钢锭再机械粉碎至3国家863计划资助项目715-005-0010收稿日期:1998-08-06作者简介:冯 涤,男,1944年生,教授级高级工程师,硕士150目的NiAl粉,气雾化方法制取的商用Ni粉、Fe-B粉以及200目的商用WC粉.首先进行机械混合,然后压制成直径5mm的丝状坯,再经脱腊后进行真空烧结.真空度为0.1Pa,温度为1320—1380℃,再用烧结好的丝材进行氩弧焊堆焊,最后获得堆焊的复合材料.配制了三种不同WC含量的Ni3Al基复合材料,记为No.1,2,3,相应的WC含量(质量分数,%)分别为30,40, 50.Ni3Al中均含有0.08%的B.X射线衍射分析采用Cu Kα辐射,用扫描电子显微镜(SEM)观察材料的结构和显微组织.对实验材料进行850℃,20h保温后空冷的热处理以考察组织变化.含砂水流冲刷磨损试验采用Ni3Al基IC-218合金以及102不锈钢和STE LLITE6C o-Cr-W堆焊层两种对比合金.水流速度为20m/s,喷射角度为45°,喷嘴距试样表面为3mm,取自黄河的砂主要成分为石英砂,含量为30kg/m3;试样面积为10mm×20mm,试验时间为3h.2 实验结果与分析在烧结前,经机械混合后组成物未发生变化.烧结时由于烧结温度低于Ni3Al的熔点,且分别低于NiAl与Ni 的熔点,故未发生熔化现象.由X射线衍射谱分析表明,烧结时组成成分变化较小,而在TIG堆焊时完成NiAl+2Ni→Ni3Al的转变,基体组织为γ+γ′相以及少量β相.由于该反应为放热反应,加速了焊丝的熔化,又由于焊缝冷却速度较快,WC来不及全部熔入熔池,使大部分WC以粒状形式沉淀在焊缝中(见图1).分析认为,在焊接过程中的放热反应,对保持焊缝的一定韧性以避免焊接裂纹有好处,使得WC和Ni3Al的熔池液体具有良好的浸润效果.WC含量少时,将以颗粒状分布于Ni3Al基体上,基体相呈连续分布(图2a);当WC含量为50%时,将呈半连续分布(图2b).三种实验合金的E DS(energy diffuse s pectrum)分析表明,基体成分相近,同时还有少量的W和Fe,这两种元素是在焊接过程中熔入的.在观察中发现有WC团凝聚的现象,这正是由于WC和基体重熔而造成的,从而也表明,WC不是全部从液体中析出,而是在焊接过程中未熔进熔池而先期存在的.这充分说明WC和Ni3Al具有很好的浸润性能,该性能同时是WC颗粒发挥硬度高特点的保证,否则在强烈的汽蚀负压下,硬质点颗粒均将被吸落而失去原有的作用.另外,WC粒子和基体的界面结合强度的高低同时反映了材料的抗汽蚀能力,因为该界面是抗汽蚀的弱区.经850℃,20h处理后试样的金相组织如图2c,d所示,与处理前相比未见明显变化,碳化物保持原来的颗粒度和分布.这说明在850℃时WC还是比较稳定的,由于合金中无其它强碳化物形成元素,也未发生WC的退化和颗粒长大.因此,实验合金在该温度下表现出良好的组织稳定性.基体的显微硬度随着WC含量的增加而增加,宏观硬度也表现出同样的趋势(表1).基体硬度的提高应归因于基体中可以溶解部分碳及间隙固溶强化.这部分碳来源于WC在基体中的溶解.E DS分析表明,5%—4%的W图1 三种实验合金的X射线衍射谱Fig.1 X-ray diffraction spectrum(Cu Kα)of test alloys No.1(a),No.2(b)and No.3(c)图2 No.1,3合金热处理前后的金相组织Fig.2 Metallographs before(a,b)and after(c,d)heat treatment of test alloys No.1and No.3(a),(c)No.1(b),(d)No.378 1期冯 涤等:Ni3Al基复合材料的组织与性能 表1 实验合金的显微硬度和宏观硬度T able1 Microhardness and marohardness of test alloysAlloy Microhardness(HV) MacrohardnessNo.Base Hard phase(HRC)1383170048.82512150055.53577150061.0溶入基体,同时部分碳元素也成为间隙原子溶入基体.分别对IC-218、102堆焊层、STE LLITE6堆焊层及本工作No.1,3实验合金进行了抗汽蚀及水砂磨损性能的对比测试,经石英砂水流冲刷磨损试验,测得相应的失重率分别为18.58,28.5,12.7,4.5和3.5.石英砂的硬度HV为1350,低于WC的硬度,因此实验合金可以抵抗含石英砂水流的冲刷.而当WC含量达50%(No.3合金)而呈半连续分布时情况更好.由于基体的硬度稍低,成为抵抗含石英射流冲刷的弱区,故为获得更佳效果,还应提高WC相的比例.但由于氩弧焊堆焊工艺要求焊丝必须熔化后再凝固,限制了硬化相比例的提高.对汽蚀加水砂磨损联合作用的机制尚无定论,有人认为水中砂粒加重了汽蚀强度,而汽蚀又使砂粒的速度提高,从而加大了损伤.文献[6]在等间距观察中发现汽蚀后造成的表面不完整大大降低了抗磨损性能.由于实验合金的组织特点,首先WC的抗磨特性大大降低了由于汽蚀造成的表面损伤而引起的附加损伤;其次,基体本身具有优越的抗汽蚀性能,故该类材料具有较好的抗水砂磨损和汽蚀双重作用的能力.有关基体和WC的界面抗汽蚀和水砂磨损的问题,尚需进一步研究.3 结论由机械法将NiAl粉、Ni粉和WC粉混合后,通过低于组成相熔点烧结,组成相发生部分变化(即生成部分Ni3Al 以及部分WC熔进基体).随后进行的氩弧焊堆焊最终生成基体为Ni3Al,WC为硬质点相的复合材料.该复合材料具有较高的硬度,基体的显微硬度HV可达570,而因WC 的硬度高于石英砂的硬度,从而使该复合材料表现出良好的抗水砂冲刷磨损性能,同时具有较好的抗汽蚀和水砂磨损联合作用的性能.参考文献[1]S ikka V K,Mavity J T.Mater Sci Eng,1992;A153:172[2]Johns on M L,M ikk ola D E,Wright R N.Intermetallic s,1995;3:389[3]H an G W,Feng D,Y e W J.High T echnol Lett,1993;(10):13(韩光玮,冯涤,叶武俊.高技术通讯,1993;(10):13)[4]Y e W J,Feng D,H an G W.J Iron Steel Re s,1997;9(Suppl.):231(叶武俊,冯涤,韩光玮.钢铁研究学报,1997;9(增刊):231) [5]Y e W J,Feng D.Report,C entral Iron and Steel Research Institute,Beijing,1998(叶武俊,冯涤.钢铁研究总院内部资料,北京,1988)[6]Y e W J,Feng D.‘85’Final Re search Report,Beijing:C entral Ironand Steel Research Institute,Beijing,1996(叶武俊,冯涤.863计划‘85’最终科技报告,钢铁研究总院,北京,1996)[7]Duan C G.Silt Abra sive Ero sion of Hydraulic Turbine.Beijing:T s2inghua University Press,1981:169(段昌国.水轮机沙粒磨损.北京:清华大学出版社,1981:169)88 金 属 学 报35卷 。
Ni3Al基础知识
Ni3Al基金属间合金的研究S1******* 陈义高温结构材料起源于40年代军用飞机的需要, 目前已成为军用和民用高温燃汽轮机不可代替的关键性材料。
高温结构材料在高温下具有高强度, 以保证发动机的油耗不致过高; 具有很强的抗腐蚀能力, 在高温燃气的冲刷及腐蚀性介质的侵蚀下保持其性能; 还能长期安全可靠地工作。
而金属间化合物以其耐高温, 抗腐蚀和耐冲刷等特性成为航空航天、交通运输、化工机械等行业重要的结构材料, 并在近20年受到广泛研究。
由于金属间化合物晶体中金属键与共价键共存, 同时兼有金属韧性和陶瓷的高温性能, 因此具有很大的发展潜力。
由于金属间化合物Ni3Al 基高温结构材料在室温下具有优异的抗腐蚀性能, 受到工业界的注意, 但其晶间脆断是制约其工程化应用最大障碍, 表明这类材料具有巨大的应用潜力同时也存在一定缺陷。
1. Ni3Al 金属间化合物的特性Ni3Al 是一种具有L12 型晶体结构的长程有序金属间化合物( 表1) , 当接近其熔点时还能保持高度有序, 其晶格常数a= 0. 3561nm, 熔点为 ,杨氏模量, 电阻率为,热导率为, Ni3Al 金属间化合物熔点高, 抗高温氧化性能好, 有较高的高温强度和蠕变抗力以及强度大等特点, 而且在一定的温度范围内, 其屈服强度反而随温度的上升而提高, 这些特点都是高温结构材料所希望的。
2.合金元素在Ni3Al 金属间化合物中的作用2.1合金元素对力学性能的影响2.1. 1对强度的影响Ni3Al 在室温下通常强度不是很高。
但是大多数有序合金特别是那些具有L12 结构的大部分合金, 其塑性变形的一个显著特点是流变应力随温度升高而急剧增加。
Ni 基高温合金主要包括两相,固溶相 ( 无序的面心立方相, 具有A1结构)和中间化合物 ( 有序的面心立方相,具有L12 结构)。
通常,与无序或部分有序合金相比, 长程有序合金具有高的应变硬化速率。
W和Mo 的添加可大幅度地提高材料的高温抗拉强度和持久性能,W和Mo 同时加入要比单独添加Mo的强化效果好,但W和Mo 的加入降低了合金的塑性。
第一原理研究Re在Ni3Al中的掺杂效应
* 国家 重 点 基 础 研 究 发展 计 划 ( 批准 号 :2 0 C 6 5 0 ) 国 家 自然 科 学基 金 ( 准 号 : 93 6 1) 助 项 目 06 B 012和 批 0006资
* E ma :y s n l 7 a o . o c * — i u o g 0 @y h o c m. n l
2 0—40 0 70 ~2收 稿 ,20 —42 修 改 稿 0 70—4收
位 行为 主要取 决 于 近邻 原 子 的相 互 作用 ,因 此可 以
用 小 团簇 或小 的超 单 胞 进行 总 能 计算 来 研 究 择优 占
位 的 问 题 . R b n与 S r e_ ua k i r 幻用 紧 束 缚 L v 1 MTO 一
原子形 成 杂化健.
关键 词
第一原理 R N l e i A 方 法 以及许 多基 于密 度泛 函理 论 的第 一 原 理方 法 都 可对 三 元 添 加 元 素 在 Ni 中 的 择 优 占 位 进 行 研 。 Al 究 .其 中 ,第 一 原 理 研 究 是 一 项 重 要 内容 . 例 如 ,
和 7相 的组成 及合 金化 元 素 的 占位 ,此预 测 同 团簇
的计 算结 果定 义 了一 种 元素 择 优 占位 公 式 ,并 研 究
了 S ,T ,V,F ,C ,C ,Nb c i e o u ,Mo与 P d等 元
直流电弧法制备高纯纳米Ni3Al粉体
直流电弧法制备高纯纳米Ni3Al粉体摘要Al粉体,本文拟采用直流电弧等离子蒸发法,通过改变为了获得高纯纳米Ni3其电流、总压及氢氩比(P H2/P Ar)来研制。
通过X射线衍射法(XRD)对试样的组成及晶体结构进行分析,采用X射线荧光分析(XRF)对试样的化学元素组成进行分析,结合试样透射电镜(TEM)图像对其形貌及尺寸进行表征。
研究结果表明:在电流为350-400 A,总压0.05 MPa,氢氩比1:2时,能够获得纯度高、颗粒尺寸小、形貌Al粉体。
规整的纳米球状Ni3Al粉体;直流电弧等离子体蒸发法;XRD;关键词:纳米Ni3Preparation of High Purity Nano-Ni3Al Powder through DCArc Plasma Evaporation MethodAbstractIn order to obtain nano-Ni3Al powder with high purity,it was prepared by direct current (DC) arc plasma evaporation method through changing the values of current, total pressure and the pressure ratio of hydrogen to argon (P H2/P Ar). The phase constitution and crystalline structure of the samples were investigated by X-ray diffraction (XRD), chemical composition was characterized by X-ray fluorescence analysis (XRF), morphology and particle size distribution were characterized by transmission electron microscopy (TEM). The results showed that regular spherical and high purity nano-Ni3Al powder can be obtained with 350-400 A current intensity, 0.05 MPa total pressure and 1:2 pressure ratio of hydrogen to argon (P H2/P Ar).Key words: nano-Ni3Al powder; DC arc plasma evaporation method; XRD;1、前言金属间化合物Ni3Al,不仅含有由Ni原子3d能级电子共有形成的金属键,还包含Ni原子3d能级电子和Al原子3p能级电子形成的定向共价键,因而具有室温下的高硬、高强和优异的耐腐蚀性能和具有优异的高温强度和高温蠕变抗力[1],微量B的添加能有效改善多晶Ni3Al晶界脆性,从而提高Ni3Al塑性及延展性[2]。
沉积温度对磁控溅射Ni_3Al-Cr薄膜微观结构及性能的影响
g Y , I n c的 p l 0 0 ) 进行标定 , Ni Al 合 金 靶 溅 射 速 率 为
在 4 0 0 ℃ 沉积 的 薄 膜 兼 具 最 优 的 抗 腐 蚀 性 和 力 学 性 能 。证 明 了方 阻法表征 薄 膜抗 腐蚀 性 能的 可靠性 。
关键词: 薄膜 ; 磁 控溅 射 ; 微 观 结构 ; 抗腐蚀性能 ; 力
1 0 mm × 1 0 mm 的 正 方 形 样 品 ,测 试 方 阻 时 用
用作 防护 涂 层 , 作 为 Ni 基 材 料 的保 护 涂 层 , 由 于
Ni 。 Al 和 Ni 具有 相 似 的 晶 格 常数 , Ni 。 Al 薄 膜 涂 层 能
够增 加 Ni 基 材 料 的表 面强 度 和抗 腐 蚀 性 能 并 保 持很 强 的结合 性 能 J 。但是 , Ni 。 Al 具 有 的室 温 脆 性 使其
( AF M, S E I KO, S P I 3 8 0 0 N) 观 察 薄膜 表 面 形 貌及 颗 粒
文 章编 号 : 1 0 0 1 - 9 7 3 1 ( 2 0 1 3 ) 0 4 — 0 4 8 3 — 0 5
Al含量对一种新型高W,Mo的Ni3Al基合金组织和性能的影响
( 京 航 空 材 料 研 究 院 先 进 高 温 结 构 材 料 国 际 科 技 重 点 实 验 室 , 京 l09 ) 北 北 0 0 5
摘要 : 满 足 15 使 用 的 等 温 锻 模 具材 料 的 需求 , I6合 金 成 分 的 基 础 上研 制 了 一 种 新 型 的 高 W , 强 化 的 为 00 在 C Mo
固 N l 合 金 I6 适 用 于 1 0 o i 基 A C, 10C以下 工 作 的 航
空 发 动机 导 向叶 片材 料 。然 而 , 高 温 模 具材 料 在 领 域 , i l 合金 的 应 用 还 不 够广 泛 , 关方 面 的 N 基 A 有 报 道 较 少 。成 功应 用 的有 美 国 的 I -2 M 合 金 , C2 1 用
N l 等轴 晶合 金 , 试 在 合 金 中 添 加 了 不 同 含 量 的 铝 改 善 合 金 的 抗 氧 化 性 能 , 研 究 了 铝 对 合 金 微 观 组 织 和 iA 基 尝 并 1 5 ℃ 拉 伸 性 能 和 1 0 ℃ 持 久 性 能 的 影 响 。 采 用 带 能 谱 的 扫 描 电镜 分 析 了 合 金 微 观 组 织 以 及 氧 化 膜 形 貌 , 用 x 00 10 采
拉 伸 屈服 强度 为 4 0 a 还难 以满 足先 进 难变形 高 2 MP , 温合 金和 粉 末 合 金 的变 形 要 求 。因 此 , N l 对 i 基 A
1 试 验 方 法
首先 在 真空感 应 炉 中炼成 直径 为 9 m 的母 合 0m
金锭 , 分 析 成 分 为 7 5 1 . 9 o1 W-. 1 B+ 其 . A- 1 M - 8 0 008 0 04 . 1 C+Y≤0 1N , . - i然后 在 三室 真空 感应 熔炼 炉 中 重熔 , 铸成 成 型试棒 , 熔 时分别 加 入适量 的合金 浇 重 元 素将成 分 调节 至 目标 成 分 , 应 炉 号 分 别 为 D , 相 1
Ni3Al金属间化合物材料的制备工艺和研究发展现状
Ni3Al金属间化合物材料的制备工艺和研究发展现状作者:江涛万海荣王园园杨美丽来源:《科技创新导报》 2014年第34期江涛万海荣王园园杨美丽(西安石油大学材料科学与工程学院陕西西安 710065)摘要:Ni3Al金属间化合物由于具有优良的力学性能被广泛应用于工程领域和工业领域中。
该文讲述Ni3Al金属间化合物材料的概述和制备工艺,力学性能,研究发展现状和应用现状等。
该文讲述Ni3Al金属间化合物及其复合材料的制备工艺,力学性能和其他性能以及研究发展现状等,并介绍了Ni3Al金属间化合物在工程领域中的应用。
该文最后介绍了Ni3Al金属间化合物材料的研究发展趋势和研究发展方向。
关键词:Ni3Al金属间化合物材料 Ni3Al合金制备工艺研究发展现状中图分类号:TG132.3 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)12(a)-0031-02Ni3Al金属间化合物因具有熔点高,抗蠕变强度大,密度低,耐腐蚀,耐氧化以及其他优异性能,已被广泛应用于工程领域,并有进一步发展的潜力和扩大应用的需求[1]。
该文对Ni3Al金属间化合物的制备及性能的研究进展进行综合评述,并着重论述粉末冶金工艺方法制备Ni3Al金属间化合物材料及其复合材料性能等的研究发展现状。
金属间化合物材料的种类较多,例如Ni-Al金属间化合物、Ti-Al金属间化合物、Fe-Al金属间化合物材料具有良好的力学性能和耐磨损性能以及耐高温性能和抗高温氧化性能,使得这些材料在工程领域具有广泛的应用前景[2]。
Ni-Al系金属间化合物材料主要包括Ni3Al金属间化合物材料和NiAl金属间化合物材料[3]。
Ni3Al金属间化合物是Ni元素和Al元素的摩尔比例为3∶1所形成的化合物。
而NiAl金属间化合物是Ni元素和Al元素的摩尔比例为1:1所形成的化合物。
Ni3Al金属间化合物材料具有高强度,高韧性、高耐磨损性能和高温抗氧化性能优良,所以Ni3Al金属间化合物材料的应用前景广阔。
不同错配度下Cr和O在Ni-Ni3Al体系中的占位行为的第一原理研究
安徽工业大学硕士学位论文论文题目:First-principles study on the occupation behavior of Cr andoxygen in Ni-Ni 3A1 system and oxygen with misfit作 者: 高千 学院: 分子工程与应用化学研究所 指 导 教 师: 吴玉喜 单位: 安 徽 工 业 大 学论文提交日期:2016年 05月 24日学位授予单位:安 徽 工 业 大 学安徽马鞍山243002独 创 性 说 明不同错配度下Cr 和O 在Ni-Ni 3Al 体系中的占位行为的第一原理研究I不同错配度下Cr 和O 在Ni-Ni 3Al 体系中的占位行为的第一原理研究摘要虽然Cr 被公认为能提高Ni-Ni 3Al 高温合金的抗氧化性,但Cr 在高温合金中的抗氧化机理仍未有定论。
本文使用第一原理计算方法,通过研究不同错配度下Cr 在Ni-Ni 3Al 合金体系中的占位行为及其对O 的占位行为的影响,来初步探究Ni-Ni 3Al 合金体系中的Cr 的抗氧化机制。
结果如下:(1)对无Cr 和含Cr 体系的结合能以及对Cr 的替换能的分析均显示,在我们所研究的(-8%,7%)错配度范围内,错配度的存在会降低Ni-Ni 3A1合金体系的稳定性。
(2)体系的结合能结果显示iCr1 ≈ iCr2 < iCr3 ≈ iCr4 < iCr0,表明Cr 可以稳定存在于Ni-Ni 3Al 合金体系中的任一区域,提高Ni-Ni 3Al 合金体系的稳定性,其中Ni 相区域中的Cr 的稳定作用最强。
(3)Cr 的替换能分析表明Ni 相和Ni 3Al 相共存时Cr 更倾向于偏聚到Ni 相中而非Ni 3Al 相,这使得在Ni-Ni 3Al 体系中Cr 进入Ni 3Al 相中占据Al 原子点阵的几率很小;而当Cr 进入Ni 3A1相时,Cr 则倾向于占据Ni 原子点阵而非Al 原子点阵。
金属间化合物
1、什么是金属间化合物,性能特征?答:金属间化合物:金属与金属或金属与类金属之间所形成的化合物。
由两个或多个的金属组元按比例组成的具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构和金属基本特性的化合物。
金属间化合物的性能特点:力学性能:高硬度、高熔点、高的抗蠕变性能、低塑性等;良好的抗氧化性;特殊的物理化学性质:具有电学、磁学、声学性质等,可用于半导体材料、形状记忆材料、储氢材料、磁性材料等等。
2、含有金属间化合物的二元相图类型及各自特点?答:熔解式金属间化合物相:在相图上有明显的熔化温度,并生成成分相同的液相。
通常具有共晶反应或包晶反应。
化合物的熔点往往高于纯组元。
分解式金属间化合物相:在相图上没有明显的熔解温度,当温度达到分解温度时发生分解反应,即β<=>L+α。
常见的是由包晶反应先生成的。
化合物的熔点没有出现。
固态生成金属间化合物相:通过有序化转变得到的有序相。
经常发生在一定的成分区间和较无序相低的温度范围。
通过固态相变而形成的金属间化合物相,可以有包析和共析两种不同的固态相变。
3、金属间化合物的溶解度规律特点?答:(1)由于金属间化合物的组元是有序分布的,组成元素各自组成自己的亚点阵。
固溶元素可以只取代某一个组成元素,占据该元素的亚点阵位置,也可以分布在不同亚点阵之间,这导致溶解度的有限性。
(2)金属间化合物固溶合金元素时有可能产生不同的缺陷,称为组成缺陷(空位或反位原子)。
但M元素取代化合物中A或B时,A和B两个亚点阵中的原子数产生不匹配,就会产生组成空位或组成反位原子(即占领别的亚点阵位置)。
(3)金属间化合物的结合键性及晶体结构不同于其组元,影响溶解度,多为有限溶解,甚至不溶。
表现为线性化合物。
(4)当第三组元在金属间化合物中溶解度较大时,第三组元不仅可能无序取代组成元素,随机分布在亚点阵内,而且第三组元可以从无序分布逐步向有序化变化,甚至生成三元化合物。
4、金属间化合物的结构类型及分类方法?(未完)答:第一种分类方法:按照晶体结构分类(几何密排相(GCP相)和拓扑密排相(TCP相))。
高性能金属结构材料-高温合金1.pdf
中、高温性能有害 (Nv>2.5,中温长期时效) 4μ-A7B6相 (三角晶系): 高W,Mo合金中出现 4 不常见的相:Laves相,R相,δ相
镍、铁、钴的合金化能力不同,镍具有最好的相稳定 性,铁最差,这是最重要的特性。镍或镍铬基体可以 固溶更多的合金元素而不生成有害的相,而铁或铁镍 基体却只能固溶较少的合金元素,有强烈的析出各种 有害相的倾向。这一特性为改善镍的各种性能提供了 潜在的可能性,而铁、钴则受到了一定的限制。
镍、铁、钴的这种特性与其各自的电子结构有关。
a 常规铸造等轴晶合金 b 定向凝固合金
c 单晶合金
左图为高温 合金的光学 显微镜照 片,通常为 枝晶组织, 枝晶间白色 大块为共晶 γ′相。
左图为高温 合金的扫描 电镜照片, 黑色块状为 γ′相,白色 编篮状为 γ,白色块 状为碳化 物。
形成筏排结构的过程可以分为以下几步:①γ′相的部分 溶解;②溶解的γ′相形成元素扩散;③扩散的元素在γ′颗 粒外延生长。
铸造合金:CC:K (28) DS:DZ(~10) SX:DD
粉末合金:FGH(95,96)
四、高温合金的应用背景与发展历史
¾主要应用领域
航空、航天、核工业、能源动力、交通运 输、石油化工、冶金等
¾航空上的应用
航空发动机(叶片、涡轮盘、燃烧室等) 高温合金用量>50%(高性能发动机上 60%)
航空发动机构造
高温合金的应用背景与发展历史
Ni3Al基础知识
Ni3Al基金属间合金的研究S1******* 陈义高温结构材料起源于40年代军用飞机的需要, 目前已成为军用和民用高温燃汽轮机不可代替的关键性材料。
高温结构材料在高温下具有高强度, 以保证发动机的油耗不致过高; 具有很强的抗腐蚀能力, 在高温燃气的冲刷及腐蚀性介质的侵蚀下保持其性能; 还能长期安全可靠地工作。
而金属间化合物以其耐高温, 抗腐蚀和耐冲刷等特性成为航空航天、交通运输、化工机械等行业重要的结构材料, 并在近20年受到广泛研究。
由于金属间化合物晶体中金属键与共价键共存, 同时兼有金属韧性和陶瓷的高温性能, 因此具有很大的发展潜力。
由于金属间化合物Ni3Al 基高温结构材料在室温下具有优异的抗腐蚀性能, 受到工业界的注意, 但其晶间脆断是制约其工程化应用最大障碍, 表明这类材料具有巨大的应用潜力同时也存在一定缺陷。
1. Ni3Al 金属间化合物的特性Ni3Al 是一种具有L12 型晶体结构的长程有序金属间化合物( 表1) , 当接近其熔点时还能保持高度有序, 其晶格常数a= 0. 3561nm, 熔点为 ,杨氏模量, 电阻率为,热导率为, Ni3Al 金属间化合物熔点高, 抗高温氧化性能好, 有较高的高温强度和蠕变抗力以及强度大等特点, 而且在一定的温度范围内, 其屈服强度反而随温度的上升而提高, 这些特点都是高温结构材料所希望的。
2.合金元素在Ni3Al 金属间化合物中的作用2.1合金元素对力学性能的影响2.1. 1对强度的影响Ni3Al 在室温下通常强度不是很高。
但是大多数有序合金特别是那些具有L12 结构的大部分合金, 其塑性变形的一个显著特点是流变应力随温度升高而急剧增加。
Ni 基高温合金主要包括两相,固溶相 ( 无序的面心立方相, 具有A1结构)和中间化合物 ( 有序的面心立方相,具有L12 结构)。
通常,与无序或部分有序合金相比, 长程有序合金具有高的应变硬化速率。
W和Mo 的添加可大幅度地提高材料的高温抗拉强度和持久性能,W和Mo 同时加入要比单独添加Mo的强化效果好,但W和Mo 的加入降低了合金的塑性。
1-3合金的结构
有序固溶体:溶质原子按适当比例并按一定顺序和 一定方向,围绕着溶剂原子分布。置换式的有序也 可以是间隙式的有序
特点:完全有序、理想配比成分(A3B, AB, AB3)或具
有简单金属结构的理想单晶体
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高熔点、高硬度,脆性较大,作为强化相存在
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拓扑密堆结构相——拉夫斯相(Laves)
半径小的Zn原子形成四面体、 原子半径大的Mg原子占据四面体间隙
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讨论
从晶体结构的角度说明间隙固溶体、间隙 相以及间隙化合物之间的区别。
21/12 密排六方
CuZn Cu6Si Ag3Al
Cu3Ga | Cu5Zn8
CuZn3 Cu3Si
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典型电子化合物
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金属化合物
三 间隙相和间隙化合物(尺寸因素)
受组元的原子尺寸因素控制的一类化合物,过渡 族金属与原子半径很小的非金属元素氢、氮、碳、 硼组成
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金属化合物
拓扑密堆结构相
拉夫斯相(Laves):半径差别在20%~30%,AB2型,如: MgZn2,hcp,每个晶胞12个原子;MgCu2,FCC,24; MgNi2,Hcp,24。 MgCu2结构: C15型, 复杂立方 电子浓度1.33-1.75 MgZn2结构: C14型, 复杂六方 电子浓度1.80-2.0 MgNi2结构: C36型,复杂六方 电子浓度1.80-1.90
《航空航天材料》PPT课件
以价格为重点
图4 不同材料使用性能与价格关系 (价格 VS 效能)
对卫星及航天飞机来说,需要最好的材料,而很少考虑材料的 价格,因为选用好材料每减重1克其收益就很显著,反之汽车每 减重1公斤,所得收益很少,而材料在汽车产值中占53%,材料 的价格就影响很大。 材料决定飞机及其发动机的性能,因而有“一代材料,一代飞 机”,“一代材料一代发动机”的说法。
高 压 涡 轮
进气温度(℃)
1350-1500
1550-1750
1800-2100
绝热效率
0.86
0.89-0.90
0.92
冷却
复合冷却
高效冷却
气膜冷却
关键材料
定向凝固或单晶叶片 (1100℃)
粉末涡轮盘 单晶叶片+热障涂层 金属间化物(1200℃)
多孔层板 金属间化物复合材料C/C复合材料
前言
航宇材料的特点
总要求 高质量 高可靠性 保障供应 价格因素
航空材料的特点 高性能(高比强度及比刚度,耐高温) 长寿命(抗疲劳,耐腐蚀与氧化、抗磨损、耐高温) 高可靠性(测试与质量保证的投入高)
投入或损失
可靠性
图1 材料测试投入与报废率的关系
碳基复合材料
钴基合金
高分子基复合材料
Al、Mg基复合材料
可以看出,今后TiAl基材料大幅增加,不耐氧化的碳基及难熔金属也将介入。
应该指出,涡轮前温度提高对发动机推力的提高十分重要,一般来说, 涡轮前温度每提高100℃,推力提高20~25%,热效率提高8%,对材料 来说,难度最大的是涡轮叶片和涡轮盘。对叶片材料来说,目前是镍基 高温合金,由于熔点(1250 ~ 1350 ℃ )所限,工作温度不可能太高, 因而采用以下几种措施: 1.发展更耐高温的合金 2.采用先进制造工艺 铸造高温合金:多晶(1958)-柱晶(1962)-单晶(1970) 3.采用不同冷却技术 对流冷却(60年代初,美61年,中国66年) 冲击冷却 气膜冷却 层板冷却(冷却效果700-800℃) 发汗冷却(难点:碳化问题) 4.发展热障涂层 导热率最低的ZrO2涂层可提高250℃,用于海洋及工业气氛中的抗腐蚀涂 层采用Pt-Al,一般腐蚀采用Al或MCrAlY
alni3化学成分
alni3化学成分
AlNi3是一种金属间化合物,由铝(Al)和镍(Ni)组成。
金属间化合物是由两种或更多种金属元素组成的化合物,通常具有特定的晶体结构和物理性质。
在AlNi3中,铝和镍以一定的比例结合在一起,形成特定的晶体结构。
从化学成分的角度来看,AlNi3中铝和镍的比例是1:3,这意味着每个铝原子与三个镍原子结合。
这种比例对于金属间化合物的性质和特性具有重要影响。
铝和镍作为过渡金属,它们的电子结构和化学性质不同,因此它们在化合物中的比例会影响化合物的性质。
从物理性质的角度来看,AlNi3可能具有特定的晶体结构,比如属于立方晶系或者其他晶体结构。
它的物理性质可能包括密度、熔点、导电性等方面的特点,这些性质与其化学成分密切相关。
从应用角度来看,AlNi3可能具有特定的用途。
金属间化合物常常具有特殊的物理和化学性质,因此可能用于特定的工业领域,比如作为催化剂、材料合金、电子器件等方面。
总的来说,AlNi3作为金属间化合物,其化学成分决定了其物
理和化学性质,以及可能的应用领域。
深入研究其化学成分对于理解其性质和应用具有重要意义。
温度与加载波形对Ni_3Al(B)疲劳-蠕变裂纹扩展行为的影响
温度与加载波形对Ni_3Al(B)疲劳-蠕变裂纹扩展行为的影响张广平;王中光;张滨
【期刊名称】《金属学报》
【年(卷),期】1999(35)6
【摘要】在不同加载波形及温度下研究了NiaAl(B)的疲劳-蠕变裂纹扩展行为.结果表明。
加载波形对高温疲劳-蠕变裂纹扩展速率及断裂行为有强烈影响,拉伸保持时间的叠加明显增加合金高温下的蠕变裂纹扩展速率.与高温合金相比,Ni3Al(B)在600和800℃下的裂纹尖端氧脆及疲劳-蠕变交互作用更为明显,裂纹扩展速率随温度发生明显变化.B在高温下对Ni3Al(B)的韧化作用与温度和加载波形有关.
【总页数】5页(P589-593)
【关键词】加载波形;温度;Ni3Al(B)合金;疲劳;蠕变
【作者】张广平;王中光;张滨
【作者单位】中国科学院金属研究所材料疲劳与断裂国家重点实验室;东北大学材料与冶金学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.15;TG111.8
【相关文献】
1.1Cr10Mo1W1NiVNbN钢的蠕变及蠕变-疲劳裂纹扩展行为研究 [J], 侍克献;林富生
2.1Cr10Mo1W1NiVNbN钢的蠕变及蠕变-疲劳裂纹扩展行为研究 [J], 侍克献;林富生
3.基于裂纹扩展的两级加载下的疲劳-蠕变寿命预测 [J], 于强
4.蠕变损伤及其对蠕变—疲劳交互作用裂纹扩展的影响 [J], 赵建明;刘彦
5.加载波形对LZ50车轴钢疲劳裂纹扩展行为的影响 [J], 杨冰; 廖贞; 肖守讷; 阳光武; 朱涛
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第 3 8卷
第 8期
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Vo . 8 13
N o. 8
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M an c i r c i d 2 us r pt e e ve 001 1 —11 9,i e s or n r vied f m 002 2 2 —0 24
Ni 中 B 和 M g的 非 平 衡 晶 界 共 偏 聚 3 Al
爿 (
胡
静 张 , )
云 林 栋 梁 )
1 )上 海 交 通 大 学 材 料 科 学 及 工 程 学 院 , 上 海 2 0 3 0 00
2 )江 苏 石 油 化 工 学 院 机 械 工 程 系 , 常 州 2 3 1 10 6
数 及 复 合体 激 活 能
关 键 词 非平衡 偏聚 ,硼 ,镁,金属 问化 合物 , NiA1 3
中图法分类号
TG1 6 4
文献标 识码
A
文章 编号
0 1 —1 6 (0 20 —0 2 —0 4 2 9 12 0 )8 8 9 6
NON— — — EQUI BRI LI UM RAI BOUN DARY G N CO—S — EG REGA- — -
摘 要 在 12 1 7 的初始温度和 00 2 89 s 0 3 3 3K . 5 6 . K/ 的冷 1 速范围内, A gr 用 u e 剖层分析确定含 B和 Mg的 N a i A1
合 金 巾 B 和 M g 的 非 平 衡 晶 界 共 偏 聚 行 为 . 按 照 溶 质 空 位 复 合 体 迁 移 机 制 所 导 出 的 描 述 非 平 衡 晶 界 偏 聚 的 扩 散 速 率 方 程 解 析 表 达 式 , 很 好地 模 拟 了 本 实 验 结 果 ; 并 确 定 了 NiA I 3 B M g 合 金 中 B 及 B一 空 位 复 合 体 、 M g 及 M g 空 位 复 合 体 的 扩 散 系 一