NiAl金属间化合物高温氧化的研究进展

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TiAl金属间化合物的研究进展

αT i A l金属间化合物的研究进展3周怀营　湛永钟(广西大学材料科学研究所,南宁,530004;第一作者42岁,男,教授)摘要　综述了T i A l金属间化合物的研究进展.介绍T i A l合金室温脆性的解决办法,对其制备和加工的新工艺进行分类评述,并从基础理论研究、制备与加工新技术、类单晶T i A l及T i A l 基复合材料的研制等方面指出其今后的研究与开发动向.关键词　T i A l;金属间化合物;室温脆性分类号　T G13213+2许多金属间化合物由于具有比重轻、强度高、高温力学性能和抗氧化性优异等特点,而被认为是一种理想的待开发的航空航天用高温结构材料[1].与其他金属间化合物相比,T i A l系由于铝化合物本身所具有的极高的抗氧化性、较高的比熔点、较低的密度以及钛极高的比熔点,而成为近年来人们研究开发的焦点,目前正在研究开发的主要有T i3A l(Α2),T i A l(Χ)和T i A l3(Σ).室温脆性和难加工成形性是其实用化进程上的主要障碍[2].人们经过对T i3A l合金比较全面系统的研究,可以期望它最先接近实用化;T i A l3则由于室温塑性更差,目前只限于在日本、美国和中国等少数国家进行基础性研究.目前,研究的重点主要集中在T i A l合金上,试图通过合金化及热加工等手段来改善其室温脆性问题.1　T i A l金属间化合物室温脆性问题的解决办法T i A l是典型的Betho llide型化合物,任何温度下均呈有序状态.根据A l含量的高低,T i A l合金可分为Χ单相合金(≥49at%A l)和Χ+Α2双相合金(<49at%A l),而Χ+Α2双相合金按组织形态又可分为4类:(1)全片层组织(FL),由较大的层片块组成;(2)近片层组织(NL),由较大的层片块及较细的Χ+Α2等轴晶组成;(3)近Χ组织(N G),由粗大的Χ等轴晶及较细的Χ+Α2混合组成;(4)双态组织(D up lex),为细小的层片块和细小的Χ+Α2等轴晶的混合组织.由于T i A l晶体为面心四方结构(L10型),晶胞c a比值为1102,晶体对称性低,滑移系少,且共价键成分大,电子云分布不均匀,因此室温时呈脆性.目前用于改善T i A l合金室温脆性的方法可归纳为合金化法和热加工法[3].111　合金化法通过合金化来改善ΧT i A l金属间化合物室温脆性,是近年来T i A l合金研究的一个重要方向.目前发展的T i A l基合金的成分为T i(46～52)at%A l(1～10)at%M,其中M为C r,M n,V,M o,T a 等元素中的一种或几种.合金化法改善T i A l合金室温脆性的基本机制为:(1)细化晶粒,以提高合金的延展性;(2)调控合金显微组织,获得具有较大体积百分量的细小的全片层组织,以均衡提高T i A l合金室温拉伸性能和断裂韧性[4];净化合金,降低氧、氮等间隙式杂质元素的含量.近年来,通过添加C r来改善T i A l金属间化合物室温脆性的研究取得了显著的成果.添加C r后,可取代T i A l中的A l,有助于获得低A l的Χ相;同时降低了Α2相的稳定性,使片层Α2相变成粒状,形成了新生的细小的Χ+Α2晶体,因而可显著细化Χ+Α2两相合金铸态组织.K i m[5]认为,同时加入N b和C r对提高T i A l合金性能最为有效.曹名洲等人[6]的研究表明,在T i A l合金中添加M n后,使Χ相晶格a和c轴都减小,并使c a值接近1.M n促使Χ相中孪晶的形成,提高了T i A l合金的室温塑性.B lackburn等人[7]发现适量的V能有效地提高T i A l合金的塑性,并可降低韧脆转变温度.贺连龙[8]的研究表明,T i A l金1999年12月Journal of Guangx iU n iversity(N at Sci Ed)D ec.1999　α3国家自然科学基金(29771009)和广西自然科学基金(9824017)资助项目收稿日期:19990802属间化合物中加入少量Si 可使其电子云对称化,从而提高室温延性.计算结果表明,Si 比M n 的合金化效果更好.最近,有关T i A l 金属间化合物通过添加稀土元素改善室温脆性的研究也取得了长足的进展.刘昌明等人[9]发现N d 可明显增加铸锭柱状晶的长度和减小柱晶直径,同时细化了铸锭中心区的等轴晶粒.添加011at %N d 后,铸锭的平均晶粒尺寸由1400Λm 减小为450Λm .V asudevan 等人[10]在合金中加入014at %E r 后,发现由于形成E r 2O 3弥散粒子,降低了基体中杂质氧的含量,使塑性得以改善.陈仕奇等人[11]发现添加L a 也具有类似的效果.112　热加工法解决T i A l 室温脆性的另一重要途径是通过控制热加工工艺参数来达到的.这一方法的基本原理可归纳为:(1)获得细晶组织,减少滑移长度、增加非滑移系,从而提高塑性;(2)控制工艺参数,减少成分偏析和晶粒大小不均匀性.显微组织是影响T i A l 合金力学性能的重要因素.双态组织有利于提高合金的室温延性,但其高温抗蠕变强度低;而较粗大的全片层状组织具有优良的抗蠕变能力,但室温延性低.因而,为能在保证T i A l 基合金优良的高温力学性能的前提下解决其室温脆性的问题,细化其粗大全片层结构成为了近年来研究者追求的目标[9].K i m [12]报道了用等温热锻工艺可使T i A l 合金晶粒尺寸减小到500～1000Λm ;而采用复合热机械工艺破碎粗大片层组织,可使晶粒尺寸下降到20～30Λm ,从而获得性能优异的细晶组织,极大地改善了T i A l 合金室温塑性.H all 等人[13]研究发现,通过适当的热机械处理可获得具有层片状T i A l (Χ)+T i 3A l (Α2)组织的双相T i A l 合金,其室温塑性比单相T i A l 合金有明显改善.H ana m ura 等人[14]利用快速凝固技术研究了T i A l 基合金的显微组织.结果表明,在104～105K s 的冷却速度下可获得直径为1～3Λm 的细小晶粒,从而使该工艺成为一种解决T i A l 合金室温脆性的可能途径之一.在此基础上,曹名洲等人[15]采用气体雾化法制备了T i A l 合金的微晶粉末,其快冷态主要由Α2相和少量Χ.经900℃,2h 真空退火后,大部分Α2相转变成Χ相,使原来的组织更加细化.此外,蒲忠杰等[16]在同时加入C r 和V 的情况下,将T i A l 合金经1250℃再结晶处理,并适当控制冷却速度,获得了418%的室温延性.2　金属间化合物制备与加工新工艺目前,T i A l 合金尚未进入实用化阶段,但有关其制备技术的研究早已展开.除熔铸、粉末冶金等常规方法外,人们还根据材料自身的特点开发了许多种新的材料成型加工技术.(1)快速凝固法:该法将快速凝固技术与粉末冶金相结合,采用旋转盘雾化法,等离子旋转电极法或气体雾化法制得预合金粉末,而后装入钛合金包套中,经干燥,抽空和密封,再加热挤压成型[1].该法不但明显增加了B ,Si ,V 等溶质原子在基体中的固溶度极限,获得很好的固溶强化和沉淀强化效果,而且通过细化晶粒及第二相粒子,减少成分偏析,提高了强度和塑性.(2)机械合金化反应烧结:通过高能球磨使元素粉末在室温下通过固态反应生成合金粉末,甚至使互不相容的元素形成假合金.通过球磨,使成分分布均匀,晶粒及弥散颗粒比采用快速凝固法更不易长大,获得具有超塑性能的超细晶粒,有利于T i A l 合金室温脆性的改善.机械合金化处理后,T i A l 合金的室温延展性可达5%[17].(3)自蔓燃反应合成法(SH S ):该法利用物质反应热的自传导作用维持燃烧波的传播,使不同物质间发生化学反应,在极短时间内形成化合物.由于以单一金属粉末为原料,不必将材料全部熔化即可合成化合物,克服了金属间化合物制造上的困难.目前采用该法合成的T i A l 金属间化合物经H IP 可以制出致密的烧结坯,且性能和成本均达到了应用要求.(4)超塑性成形技术:超塑性成形技术是利用材料在一定温度和应变速率范围内表现出的超塑性进行材料成形的,其关键是要具有超细晶粒并选择合适的变形速率和变形温度.T i A l 合金超塑性的发现为解决其成形问题提供了广阔的前景.在5×10-5s -1的应变速率下,T i A l 合金晶粒尺寸可达2Λm ,而最大塑性超过了230%[1].3　研究及开发动向(1)基础理论研究.广泛测定T i A l X 系相图,寻找新的合金元素,确定合金的最优成分与组362第4期周怀营等:T i A l 金属间化合物的研究进展462广西大学学报(自然科学版)第24卷　织,以全面提高T i A l合金的综合性能;深入研究合金的塑性变形机理,掌握T i A l金属间化合物的超塑性变形机制,并寻求其实际应用途径;发展一套关于T i A l合金的系统的成分—组织—性能的理论体系.(2)开发制备与加工的新工艺.开发无污染熔炼、制粉工艺,降低氧、氮等杂质元素的有害作用;研究T i A l合金领域热等静压的条件、方式对压块的影响;确定合理的热处理工艺参数,改善合金微观组织,解决其室温脆性问题;利用冲击波、电、磁等手段解决成形问题.(3)类单晶T i A l合金及T i A l基复合材料的研制.研究类单晶T i A l的变形和断裂特征,利用其良好的塑性和高强度、高断裂韧性,在较短时间内能作为高温结构材料获得实际应用.寻找新的高质、价廉的共容增强颗粒,解决与T i A l基体间的相容性问题;加强T i A l基复合材料的优化设计,开发新的复合材料制备技术,为T i A l合金的广泛应用开拓更广阔的前景.参考文献1　曹　阳,李国俊.金属间化合物高温结构材料的研究动向.材料导报,1994,(4):14～182　N obuk iM,H ash i m o to K,T suji m o to K,et al.D efom ati on of T i A l in ter m etallic compound at elevated te mperatures.J Jpn In st M et,1986,50(9):840～8443　刘志坚,曲选辉,黄伯云.粉末冶金法制备T i A l合金的进展.材料导报,1995,(2):23～284　张继,张志宏,邹敦叙,等.T i A l合金细小全片层组织断裂机理.金属学报,1996,32A(10):1044～10485　K i m Y W.O rdered In ter m etallic A ll oys III.Gamm a T itan ium A lum in ides.JOM,1994,49(7):30～396　曹名洲,韩东,周敬,等.含M n的T i A l基合金的组织和性能.金属学报,1990,26(3):A223～A2277　B lackburn M J,S m ith M P.T itan ium A ll oys of the T i A l T ype.U S Pat,4294615.197907258　贺连龙,叶恒强,徐仁根,等.T i A l-V-Si合金中T i5Si3析出相与基体相的取向关系.金属学报,1994,30(4):A145～A1499　刘昌明,李华基,何乃军,等.钕对T i-44A l合金组织和晶粒尺寸的影响.材料工程,1998,(11):20～2310　V asudevan V K,Court S A,Kurath P,et al.Effect of purity on the defo r m ati on m echan is m in the in ter m etallic compound T i A l.Scri p ta M etall,1989,23(6):907～91211　陈仕奇,曲选辉,雷长明,等.T i A l+L a有序合金的室温力学性能.金属学报,1994,30(1):A20～A2412　K i m Y W.Effects of m icro structure on the defo r m ati on and fracture ofΧT i A l all oys.M ater Sci Eng,1995,A192-A193:519～53313　H all E L,H uang S C.Sto ich i om etry effects on the defo r m ati on of binary T i A l all oys.J M ater R es,1989,4(3):595～60214　H anam ura H,Sugai T,T an ino M.R ap idly Q uenched in ter m etallic compounds.T i A l and A l3T i.In:N i ppon Steel,ed.Sin tering′87.Tokyo:E lsevier A pp lied Science Poblishers,1988.617～62815　曹名洲,韩东,张涛,等.快速凝固T i A l基合金微晶的显微组织.金属学报,1992,28(10):A426～A42916　蒲忠杰,石建东,邹敦叙,等.T i A l基合金组织对拉伸性能的影响.金属学报,1993,29(8):A363～A36917　Suryanarayana C,F roes F H.M echan ical all oying of titan ium base all oys.A dv M ater,1993,5(2):96～106D evelop men t of Studi es on Ti A l I n ter metall i csZhou H uaiying　Zhan Yongzhong(In stitute of M aterial Science ,Guangx iU n iversity,N ann ing,530004)Abstract　T h is paper describes the status quo of studies on the T i A l in ter m etallic compound and in troduces the s o luti on s to its room brittle.It als o revie w s the ne w p roducti on and p rocesses by classificati on s. Further research directi on s,such as theo retical research,ne w p rocessing techno l ogies and single crystal like T i A l etc.is po in ted out.Keywords　T i A l;in ter m etallic compound;room brittle(责任编辑　唐汉民)。

铁铝金属间化合物高温硫化腐蚀研究进展

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铁铝金属间化合物高温硫化腐蚀研究进展／赵
斌等
・４３・４
铁铝金属间化合物高温硫化腐蚀研究山东大学材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室，工程陶瓷省重点实验室，济南２０６）５０１摘要铁铝金属间化合物由于其优异的力学性能和抗高温氧化性有望成为新一代的高温材料，因此其抗高温
望成为新一代高温结构材料＿，是其高温抗硫化腐蚀性能还＿但１］有待改善。在相同条件下，其硫化腐蚀速率比氧化腐蚀速率高几倍甚至几个数量级，而在石油、化工、电力等行业中铁铝金属间化合物不仅会面临高温氧化腐蚀，多地会遇到高温硫化腐更蚀问题，因此，系统全面地研究其高温抗硫化腐蚀具有重要的现
ｃｎｉｍｅｏｉｆｕｎｅｔｅｓｌｉａｉｎｂｈｖｏｆｔｅｉｏｌｍｉｉｅｎｅｍｅａｌｓｓｃｓａｌｙｎｏｐｎｎ，ｃｒｏｏｆｒｄｔｎｌｅｃｈｕｆｔｅａｉｒｏｈｒｎａｕｎｄｓｉｔｒｔｌｉｕｈａｌｉｇｃｍｏｅｔｏｒ — ｄｏｃｏｓｏｔｓｈｒ，ｔｍｐｒｔｒｎｒｔｅｔｅｔｃｎｉｏｓＩｈｓｐｐｒｈｅｅｏｍｅｔｏｈｅｅｒｈｏｕｆａｉｎａｍｏｐｅｅｅｅａｕｅａｄｐｅｒａｍｎｏｄｔｎ．ｎｔｉａｅ，ｔｅｄｖｌｐｎｆｔｅｒｓｃｎｓｌｄ — ｉａｉｔｎｂｈｖｏｆＦＡｌｌｙｉｃｉｆｙｄｓｕｓｒｍｕｆｄｔｎｍｅｈｎｓ。ＡＩｃｍｐｎｎｎｉｏｌｍｉｉｅ，ＲＥ，ｉｅａｉｒｏｏｌｓｈｅｌｉｃｓｅｆｏｓｌｉａｉｃａｉｍａｏｄｏｏｏｅｔｉｒｎａｕｎｄｓｓｃｒｏｉｎａｏｐｅｅａｄｔｍｐｒｔｒｅｐｃｉｅｙｏｒｓｏｔｓｈｒｎｅｅａｕｅｒｓｅｔｌ．ｍｖ

NiAl金属间化合物的研究概述

Ni A l 金属间化合物的研究概述侯世香,刘东雨,刘宗德,马一民(华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,北京102206摘要:综述了N i A l 金属间化合物的力学性能、合金化以及提高强韧性的方法,并对N i A l 合金的制备方法作了介绍,特别是利用电热爆炸超高速定向喷涂技术可原位生成亚微米晶N i A l 金属间化合物及金属间化合物复合涂层。

关键词:N i A l 金属间化合物;力学性能;制备技术;合金化;亚微米晶涂层中图分类号:TG14612文献标识码:A 文章编号:025426051(20070720060205Research O verv i ew of N i A l I n term et a lli c Co m poundHOU Shi 2xiang,L I U Dong 2yu,L I U Z ong 2de,MA Yi 2m in(Key Laborat ory of Conditi on Monit oring and Contr ol f or Power Plant Equi pment ofM inistry of Educati on,North China Electric Power University,Beijing 102206,ChinaAbstract:The mechanical perf or mance,all oying of N i A l inter metallic compound and methods f or i m p r oving the combina 2ti on of strength and t oughnesswere summarized es pecially f or the electric 2ther mal exp l osi on directi onal s p raying technol o 2gy app lied t o for m sub 2m icr on grain N i A l inter metallic compound in situ and the composite coating .Key words:N i A l inter metallic;mechanical p r operty;manufacture method;all oying;sub 2m icr on grain coating作者简介:侯世香(1964.09—,女,河北献县人,博士生,主要从事电热爆炸制备金属间化合物涂层的研究。

NI―AL金属间化合物涂层的研究现状

摘要：ni-al系金属间化合物具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀等性能，是一种极具潜力的涂层材料。

本文着重介绍了ni-al涂层的特点以及应用，对其制备方法进行了简要介绍，对ni-al 涂层的研究进展进行了说明。

关键词：金属间化合物；ni-al涂层；制备方法一、金属间化合物的特点和应用二、ni-al金属间化合物及其涂层制备技术ni-al体系，在室温存在稳定的nia13， ni2a13， nial， ni5a13和ni3a1五种金属间化合物。

将ni-al系金属间化合物用作表面涂层材料，可以充分发挥ni-al系金属间化合物的性能优势，改善材料的耐磨损、耐高温、耐腐蚀等性能。

近年来在高温合金零件的表面防护涂层方面得到较多的应用。

目前，用于ni-al系合金及金属间化合物涂层的制备方法约有十余种，本文仅对物理气相沉积、化学气相沉积、热喷涂、堆焊、激光表面处理和化学热处理方法做简要介绍：（1）物理气相沉积技术。

物理气相沉积技术是指在真空条件下，利用物理的方法，将材料气化成原子、分子或电离成离子，并通过气相过程，在材料表面沉积一层具有特殊性能的薄膜的技术。

其主要包括有真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜等3种基本技术。

金属、玻璃、陶瓷等都可以作为物理气相沉积的基体材料。

物理气相沉积具有工艺简单，无污染，膜层厚度均匀，膜层致密、与基体材料附着力强等特点，且工艺过程中温度低，工件畸变小，不会产生退火软化，一般不需要进行再加工。

（2）化学气相沉积技术化学气相沉积是在一定温度下，混合气体之间或混合气体与基体表面之间的相互作用，在基体表面形成金属或化合物等的固态膜或镀层的一种技术。

（3）热喷涂技术。

将待喷涂材料用热源加热到熔化或半熔化状态，再用高压气流令其雾化并喷射于工件表面，从而形成涂层，此种表面涂层制备方法称为热喷涂。

它包括：熔体热喷涂、火焰热喷涂、电能热喷涂和高能束热喷涂。

涂层中存在残余应力是热喷涂涂层的缺点之一。

残余应力是由于撞击基材表面的熔融态变形颗粒的冷凝收缩产生微观应力的累积形成的。

NiAl-30.9Cr-3Mo-0.1Dy合金的高温氧化行为

张光业－，，张华，王振生，郭建亭２，周兰章２
（．南科技大学。湖南湘潭４１０）１湖１２１（．中国科学院金属研究所，辽宁沈阳１０１）２１０６
摘
要：研究了ＮＡ．０９ｒ３．．Ｄｉ１．Ｃ．Ｍｏ０１ｙ合金在１０￣５０Ｋ空气中的恒温氧化行为。结果表明：Ｎｉ１０９ｒＭｏ３３０Ｋｌ０Ａ．．Ｃ－．３３
，
合金化是克服ＮＡＩ合金的室温脆性和高温强度ｉ不足等缺点的有效途径［，但是合金化元素的加入，１】
态氧化实验，实验温度范围为１０ｌ０３０Ｋ～５０Ｋ。每隔
一
目３ Ⅲ／．３蠹Ｕ
定时间取出放有试样的坩埚，在感量为５０ ×１ｇ的
Ｃ３．％，３ｒ０９Ｍｏ％，Ｄ０１ｙ．％。合金试棒在高温箱式电阻
炉中进行均匀化热处理，热处理制度为：１７５３Ｋ，保温３，炉冷。经线切割加工成尺寸为１０ｈ０ｍｍ×１０
图１Ｎｉ－０９ｒＭｏ０１ｙ合金在不同温度下Ａ１性远优于ＮＡ．１ｒＭｏ金：１０的氧化动力学曲线基本遵循抛物线关系，在１５～４０Ｋ．Ｄｙｉ１Ｃ．３３合５０Ｋ３０Ｋ１５
的氧化动力学曲线符合立方抛物线关系，１０Ｋ的氧化动力学曲线则符合５次方关系。氧化过程中，合金的表面生成３０

NiAl-31Cr-3Mo合金的微观组织与高温腐蚀研究

蚀行为。实验结果表明：ｉ１ＮＡ合金由于添加了大量的Ｃ、ｒＭｏ合金化元素，其微观组织发生了明的变化，成了由预共晶ＢＮＡ形 —ｉ１
基体相和层片状Ｃ（ｏ相组成的共晶组织；ｉ１ｒＭｏ合金在热腐蚀后，金表面形成了 … 层致密的Ｃ：护膜，含有少量ｒＭ）ＮＡ一（）Ｃ合一ｒＯ保并
王金林，张光Байду номын сангаас业，李颂文
（南科技大学机电工程学院，南湘潭４１０）湖湖１２１
摘
要：究了ＮＡ— ｒＭｏ合金的微观组织和高温下（５８０８０９０ｏ在７％Ｎ２Ｏ２％ＮＣ（箭分数）合盐中的腐研ｉＩ（）Ｃ７０、０、５、０Ｃ）５ａＳ＋５ａ１质混
ＷＡＮＧｉ— ｎ，ＺＪｎｌｉＨＡＮＧＧｕｎ —ｅＩＳｎ — ｅａｇｙ，Ｌｏｇｗｎ
（ｏｌｅｆＥｅｒｍｃａｉｌＥｇｎｅｉＣｌｇｌｔｅｈｎｃｎｉｒｇ，ＨｎｎＵｉｒｔｃｎｅａｄＴｃｎｌｙｉｎｔｎ４０，ＨｎｎｅｏｃｏａｅｎｕａｎｅｉｏＳｉｃｎｅｈｏｏ，Ｘａｇａｕａ，ｖｓｙｆｅｇ１２１１
第３Ｏ卷第６期２１００年１２月
矿冶工程
ｎＩＮＧＮＩＡＮＤＥＴＡＬＬＵＲＧＩＭＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖ０．ＯＮ６１３ｏＤｅｅｅ０ｌｃｍｂｒ２０

铌铝金属间化合物制备的研究进展

化合物相纯度有限。
１２４ＪＲＱ．．Ｒ— ＨＴ法
ＪＲ法是利用挤压变形扩散原理生产铌铝金属
间化合物（ｂＡ）线的一种方法。ＴｕｉＮ。１导ｓｅ等提出了用Ｊ法制备高温超导线材。Ｙｍａａ等¨ Ｒａｄ采
ｓｅｉｃｓｒｎｔｔｈｇｅｅａｕｅ，ｌｒｅｄｃｉｔｒｔｕｈｎｓｐｃｆｔｅｇｈａｉｈｔｍｐｒｔｒｉａｇｕｔｉｙｏｏｇｅｓ，ｇｏｅｉｔｎｅｔｉｈｔｍｐｒｔｒｘｄｔｏｒｌｏｄｒｓｓａｃｏｈｇｅｅａｕｅｏｉａｉｎｏ
一
种方法。Ｓｉ等ａｔｏ ”采用ＣＥ法制备了含有Ｃ
Ｎ。１粒的Ｎ／１合物。其操作过程是采用ｂＡ颗ｂＡ复１ｍｈ薄片和０１１为原料，照Ａ／ｍＮ．４ｍｍＡ箔按１Ｎ／１序排列冷轧成０２ｍ的Ｎ／１板，ｂＡ顺．ｍｂＡ薄随后把Ｎ／１板切割成约１的碎片放人铜容ｂＡ薄０ｍｍ
收藕日期：０１１－８２１ —００
１铌铝金属间化合物块体材料制备方
法的介绍
１１包覆．断－．切挤压法（Ｅ法）ＣＣ
包覆一断一压法（Ｃ切挤ＣＥ法）是一种借助冷轧技术和利用元素互扩散原理制备铌铝金属间化合物的

加压燃烧原位合成NiAl连接Ni基高温合金High_Temp_Alloy_CHN

加压燃烧原位合成NiAl连接Ni基高温合金上海交通大学（200030）朱丹平大连铁道学院（116028）刘伟平摘要：使用Ni-Al元素粉末混合压坯，采用加压燃烧合成连接技术，利用Gleeble-1500热力模拟试验机研究了金属间化合物NiAl的原位合成，成功地连接了Ni基高温合金。

对接头进行了拉伸试验。

研究分析了接头界面的金相组织和接头的断裂形式。

关键词：燃烧合成连接 NiAl 金属间化合物JOINING OF NICKEL BASED SUPERALLOYS USING NiAl IN-SITU SYNTHESIZED BY PRESSURIZED COMBUSTIONShanghai Jiaotong University Zhu DanpingDalian Railway InstituteLiu WeipingAbstract In this study, the in-situ synthesis of intermetallic compound NiAl was studied. The pressed blanks of blended Ni-Al elemental powders were synthesized by pressurized combustion synthesis technique. The superalloys based on nickel had successfully bonded on the Gleeble-1500 thermal-mechanical simulation tester. The tensile test of the joint was done. The microstructure of the joint interface was investigated. The fracture of the joint was also analyzed.Key words: combustion synthesis, joining, NiAl, intermetallic compounds0 前言发展新的焊接方法、研究先进材料的连接技术具有十分重要的理论和现实意义。

新型镍基高温合金的高温氧化行为研究

新型镍基高温合金的高温氧化行为研究作者：周绚来源：《中国科技博览》2016年第06期[摘要]利用扫描电镜、X射线衍射仪等研究了一种镍基单晶合金的短时（小于16h）高温氧化行为。

结果表明：该合金在900～1 100℃空气中氧化时，随着氧化温度的升高和氧化时间的延长，氧化速率增加；合金在900 ℃氧化16h后形成的氧化膜不完整，致密性很低，氧化产物主要为Al2O3、NiO、Cr2O3和 TiO2的混合物；在1000℃氧化16h后形成了完整的、致密性较高的 Cr2O3和 Al2O3氧化膜；在1100℃氧化16h后，氧化层中生成了块状 NiCr2O4尖晶石，局部区域的氧化膜较为疏松，并且伴有部分脱落。

[关键词]镍基单晶合金；短时氧化行为；氧化膜；尖晶石中图分类号：TG132.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0002-01镍基单晶合金具有优良的高温性能，常用来制作航空发动机的涡轮叶片。

氧化性能是考核涡轮叶片材料的一个重要指标，已引起了研究者的高度重视。

目前的研究主要着重于合金的长时氧化行为，然而基于叶片材料的工作特点，其短时氧化行为也具有非常重要的工程应用意义，但有关此方面的研究并不多见，为此，作者研究了法国航空航天研究院研制的MC2镍基单晶合金的高温短时氧化行为，力图为该合金的进一步研究与应用做基础性工作。

1试样制备与试验方法试验用镍基单晶高温合金的主要成分（质量分数/%）为5.0Co，5.0Al，8.0W，2.0Mo，1.0Ti，6.0Ta，7.0Cr，余Ni。

将上述镍基单晶合金试棒用线切割制成15mm×5mm的试样，用砂纸打磨至1000#，然后用乙醇清洗、吹干后置于箱式电阻炉内进行氧化试验，温度分别为900，1 000，1 100 ℃，氧化时间分别为8，12，16h。

用JY5002型电子天平称量试样氧化前后的质量，计算出氧化质量增加；用SSX-550型扫描电镜（SEM）和D/max 2200PC型X射线衍射仪（XRD）对氧化产物进行观察与分析。

不同加热环境下钛表面Ni

表面技术第53卷第1期热喷涂与冷喷涂技术不同加热环境下钛表面Ni/Al涂层制备与高温氧化性李光全，李德元*，张楠楠，范喜宁（沈阳工业大学，沈阳 110870）摘要：目的研究大气与真空加热处理后Ni/Al涂层的金属间化合物析出规律，以及扩散层的生长速度，从而确定涂层的抗氧化性能。

方法分别采用电弧喷涂技术和等离子喷涂技术在纯钛基体表面制备Ni/Al涂层。

将样品分别在大气条件和真空条件下进行加热处理，使Ni/Al涂层原位反应生成Ni-Al金属间化合物，并进行涂层抗氧化性试验。

结果Ni/Al涂层在大气环境700 ℃加热处理后，形成以Al2O3、Ni2Al3和富Al相NiAl3相为主的扩散层；在真空环境700 ℃加热处理后，形成以Ni2Al3、NiAl3相为主的扩散层。

通过扩散反应动力学分析发现，真空热处理比大气热处理后Ni和Al之间的反应扩散系数更高，扩散系数为89.731 μm2/h。

氧化增重试验表明，真空处理后，Ni/Al涂层由于金属间化合物层较厚，且具有大量的高熔点的Ni2Al3相，并且经过800 ℃下氧化200 h后，涂层未发生失效。

结论真空环境下加热处理原位反应后，Ni/Al复合涂层的扩散速率更高，更容易形成Ni-Al金属间化合物，获得更厚的金属间化合物层。

与大气热处理相比，经过真空热处理后的涂层有更良好的抗高温氧化能力。

关键词：Ni/Al涂层；等离子喷涂；电弧喷涂；Ni-Al金属间化合物；高温氧化；热处理中图分类号：TG176 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)01-0192-10DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.01.018Preparation and High Temperature Oxidation Resistance of Ni/Al Coating on Titanium Surfaceunder Different Heating EnvironmentsLI Guangquan, LI Deyuan*, ZHANG Nannan, FAN Xining(Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China)ABSTRACT: Arc spraying technology and plasma spraying technology are advanced surface modification technologies, which can effectively improve the comprehensive performance of the substrate in terms of wear resistance, oxidation resistance, and other properties.To study the precipitation law of intermetallic compounds and the growth rate of the diffusion layer of Ni/Al coating after atmospheric and vacuum heating treatment, the oxidation resistance of the coating was determined. Ni/Al coatings were prepared on a pure titanium substrate by arc spraying and plasma spraying. The sprayed samples were placed in an收稿日期：2023-01-12；修订日期：2023-03-18Received：2023-01-12；Revised：2023-03-18基金项目：辽宁省自然科学基金（2022-MS-272）；辽宁省教育厅科研经费项目（LJKMZ20220463）Fund：Natural Science Foundation of Liaoning Province (2022-MS-272); Scientiﬁc Research Funding Project of the Education Department of Liaoning Province (LJKMZ20220463)引文格式：李光全, 李德元, 张楠楠, 等. 不同加热环境下钛表面Ni/Al涂层制备与高温氧化性[J]. 表面技术, 2024, 53(1): 192-201.LI Guangquan, LI Deyuan, ZHANG Nannan, et al. Preparation and High Temperature Oxidation Resistance of Ni/Al Coating on Titanium Surfaceunder Different Heating Environments[J]. Surface Technology, 2024, 53(1): 192-201.*通信作者（Corresponding author）第53卷第1期李光全，等：不同加热环境下钛表面Ni/Al涂层制备与高温氧化性·193·SX-6-13 box resistance furnace and a ZK3SJ-4LA high vacuum sintering furnace and heated at 700 ℃for 1, 5, 10 and20 h. The heating rate of SX-6-13 box-type resistance furnace was 10 °C/min, the heating rate of ZK3SJ-4LA highvacuum sintering furnace was 5 ℃/min, and the vacuum degree was controlled in the range of 5.0×10–2-7.0×10–3 Pa.Ni-Al intermetallic compound was formed by in-situ reaction of the Ni/Al coating, and the oxidation resistance of the coating was tested. The sample was cut by wire cutting, the crosssection of the sample was polished with sandpaper, and the microstructure was observed after polishing. The cross-sectional morphology and elemental composition of the coating were analyzed with a scanning electron microscopy (SEM, S-3400) and an energy dispersive spectrometer (EDS, S-3400). The phase composition of the sample surface was tested by X-ray diffraction (XRD).The diffusion layers of Al2O3, Ni2Al3, and Al-rich phase NiA l3 were formed after the Ni/Al coating was heated at 700 ℃in the atmospheric environment. After heating at 700 ℃in the vacuum environment, the Ni2Al3 and NiAl3 phases were the main diffusion layers, and the intermetallic compound layer was thick and uniform. Through the analysis of diffusion-reaction kinetics, it was found that the diffusion coefficient (K) of Ni-Al coating was 52.108 and the diffusion reaction kinetic index (n) was 0.642 in two different environments. The diffusion coefficient (K) of the Ni-Al coating during vacuum heat treatment at 700 ℃was 89.731, and the diffusion reaction kinetic index (n) was 0.488. The diffusion rate of the Ni/Al composite coating in a vacuum environment was higher, and the thickening rate of the intermetallic compound layer was faster. Under vacuum conditions, it was easier for Ni and Al to diffuse in situ to form intermetallic compounds.The oxidation weight gain test showed that the Ni/Al coating after vacuum treatment had better high-temperature oxidation resistance due to the thicker intermetallic compound layer and a large number of high melting point Ni2Al3 phases.After oxidation at 800 ℃for 200 h, the coating was not found to fail. The diffusion rate of the Ni/Al composite coating after heating treatment in a vacuum environment is higher, and it is easier to form Ni-Al intermetallic compound and obtain a thicker intermetallic compound layer. The reaction of Al atoms in the intermetallic compound layer with oxygen atoms in the atmosphere will also form alumina with high-temperature oxidation resistance. The high-temperature oxidation resistance is significantly improved due to the combined effect of alumina and thicker intermetallic compounds. Compared with atmospheric heat treatment, the coating after vacuum heat treatment has better high-temperature oxidation resistance.KEY WORDS: Ni/Al coating; plasma spraying; arc spraying; Ni-Al intermetallic compounds; high temperature oxidation; heat treatment钛及钛合金具有密度低、强度高等优异性能，被广泛应用于航空航天、化工、船舶等领域。

NiAl金属间化合物的强韧化研究

NiAl金属间化合物的强韧化研究3朱　凤1,吴根华1,赵　杰2(1.安庆师范学院化学化工学院,安徽安庆246003;2.大连理工大学材料科学学院,辽宁大连116024)摘　要:对NiAl金属间化合物的强韧化研究进行了介绍,包括晶粒细化法、合金化法、复合化法、以及提高制备工艺等,并指出了NiAl金属间化合物强韧化研究中存在的问题和未来的研究趋势。

关键词:NiAl金属间化合物;强韧化;合金化;复合化中图分类号:TB331 文献标志码:AR esearch on Strengthening and Toughening of NiAl Inter2metallic CompoundsZHU Feng1,WU G enhua1,ZHAO Jie2(1.Department of Chemistry,Anqing Teacher’s College,Anqing246003,China;2.School of Material Science and Engineering,Dalian Universty of Technology,Dalian116024,China)Abstract:In recent years,the room temperature brittleness and the high temperature strength of NiAl inter2metallic have become the researching focuses.This paper introduced some researching results of NiAl inter2metallic about strengthe2 ning and toughening such as grain refinement,alloying,fabricating composites,and improving fabricating techniques etc. Furthermore,the existing problems and the researching trends were also pointed out.K ey w ords:NiAl inter2metallic compound,Strengthening and toughening,Alloying,Composite NiAl金属间化合物由于具有低密度(为Ni基高温合金的2/3)、高熔点(1638℃)、高热导率(76 W/m・K)以及优异的抗氧化性能成为下一代高温结构材料的有力竞争者。

金属间化合物RuAl抗高温氧化研究进展

铂族金属间化合物因其高强度、高熔点、在高温环境下抗蠕变、优良的抗腐蚀性、耐磨性等性能 [1]，广泛应用于航点高达 2583K，与 Al 合成的 Ru-Al 金属间化合物，不仅具有其它金属间化合物所具有的力学性质之外，还拥有在室温下良好的延展性、韧性及高温强度等优异性能，比如 RuAl 的熔点可达到 2300K[2]，可作为替代 NiAl、FeAl 等金属间化合物应用于航天航空的高温结构材料，但 RuAl 金属间化合物的制备与抗高温氧化性成为不可控制因素 [3-4]，因此，研究其制备缺陷、抗高温氧化失效机理以及如何提高其抗高温氧化性成为了研究工作者关注热点。
L 前沿技术 eading-edge technology
金属间化合物 RuAl 抗高温氧化研究进展
袁江1，2*，魏红伟1，2
（湖南张家界航空工业职业技术学院，张家界４２７０００）
摘要：金属间化合物ＲｕＡｌ具有２３００Ｋ的高熔点、室温下良好的延展性、韧性及高温强度等优异性能特点，成为广泛应用前景的航天航空高温结构材料之一。但ＲｕＡｌ金属间化合物制备与抗高温氧化性差是制约其应用的关键因素。基于此，一是分析了ＲｕＡｌ金属间化合物制备方法；二是从金属和非金属合金化、晶体界面与缺陷以及高温防护涂层等３个方面综述了ＲｕＡｌ抗高温氧化的方法，并展望了提高ＲｕＡｌ实际应用的途径与方法。关键词：ＲｕＡｌ；抗高温氧化；合金化；防护涂层中图分类号：ＴＧ１４６．３＋８文献标识码：Ａ文章编号：１００２－５０６５（２０１９）０８－０１５９－３
1 金属间化合物制备 RuAl 金属间化合物中 Ru 熔点高达 2310℃，Al 的熔点
（660℃），Ru-Al 之间的熔点相差很大，故很难通过普通方法制备 RuAl 金属间化合物。综合文献，发现主要存在以下方法实现。 1.1 纳米反应多层膜法

NiAl金属间化合物材料的制备技术及其研究发展趋势和应用现状

NiAl金属间化合物材料的制备技术及其研究发展趋势和应用现状江涛;陈阳;成铭;万海荣;王园园;杨美丽【摘要】NiAl金属间化合物材料由于具有较高的力学性能,良好的耐磨损性能和抗高温氧化性能而被广泛应用在工程领域中.该文主要讲述NiAl金属间化合物材料的制备工艺和性能以及研究发展情况等.该文主要详细的讲述NiAl金属间化合物材料的制备工艺,力学性能,抗高温氧化性能和其他性能以及研究发展现状等,并介绍NiAl金属间化合物材料在工程领域中的研究和应用.并对NiAl金属间化合物材料的研究发展趋势和发展方向进行分析和预测.【期刊名称】《科技创新导报》【年(卷),期】2015(000)025【总页数】2页(P80-81)【关键词】NiAl金属间化合物;Ni-Al合金;制备工艺;研究发展现状【作者】江涛;陈阳;成铭;万海荣;王园园;杨美丽【作者单位】西安石油大学材料科学与工程学院陕西西安 710065;西安石油大学材料科学与工程学院陕西西安 710065;西安石油大学材料科学与工程学院陕西西安 710065;西安石油大学材料科学与工程学院陕西西安 710065;西安石油大学材料科学与工程学院陕西西安 710065;西安石油大学材料科学与工程学院陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TG22Ni-Al金属间化合物主要包括NiAl金属间化合物材料。

NiAl金属间化合物材料由于具有较高的力学性能，良好的耐磨损性能和抗高温氧化性能等而被广泛应用在工程领域中。

NiAl金属间化合物具有金属键和共价键共存的特点，所以NiAl金属间化合物材料具有较高的力学性能，具有较高的熔点，具有较高的热导率，具有良好的抗氧化性能以及耐腐蚀性能等优点［1-5］。

NiAl金属间化合物材料作为耐高温抗氧化结构材料有望在高温工程领域中得到广泛应用［1-5］。

由于NiAl金属间化合物具有较高的性能而且制备成本较低，所以在实际应用中具有很大优势。

NiAl金属间化合物的强韧化探究

NiAl金属间化合物的强韧化探究摘要NiAl金属间化合物的物理性能及化学性能都非常优良，其结构使其有着广阔的高温环境应用前景。

但是其在室温条件下的塑性及韧性都相对较差，高温条件下的强度低，加工成型比较困难，因此实用性大大下降。

本文针对NiAl 金属间化合物的强韧化的方法做出研究，主要从合金化、单晶制备以及晶粒的细化三方面进行阐述，采用恰当的加工工艺及制备方法就可以得出具备较好综合性能的NiAl基金属间化合物。

关键词NiAl金属间化合物；强韧化1宏合金化改善NiAl合金力学性能有一种极为有效的途径，即合金化。

在NiAl中加入合金元素进行宏合金化，可以在NiAl中引入塑性或者调整合金，使得NiAl的综合性能得到提高。

可以增强韧化的合金机制通常有以下几种：向合金中加入具有固溶度的元素，比如Fe、Co等，这种机制是利用溶质气团钉扎位错引起固溶强化；或者将伪共晶形成元素加入合金中，比如Cr，这种机制是利用形成的伪共晶组织提高合金的高温强度以及室温韧性；此外还有一种是将合金化元素加入合金中，合金基体中会形成塑性第二相，以提高合金的塑性化。

本文我们着重来看一下加入固溶度元素的宏合金化。

通过近年来的研究可以发现，在合金中加入Fe元素可以促进滑移，从而其塑性得到提高，并且可以提高合金的高温蠕变抗力。

B2β′相以及无序γ相组成了NiAl-Fe合金热挤压组织，无序γ相由L12结构的γ′相的无序组成，并且各相间分布形态为条带状。

挤压态NiAl-Fe合金采用一个小时1050℃空冷热处理以后，室温延伸率可以达到5％，而面缩率则为6.7％，而NiAl室温的延伸率几乎为0，将二者进行对比，无论是塑性还是延伸率都得到大幅度的改善。

通过观察室温拉伸断口的形貌可以看出，β′相粗大，呈现穿晶解理断裂，γ与γ′相断裂形貌则为韧窝状塑性断裂；通过观察NiAl-Fe拉伸断裂的总截面可以看出，通常脆性的β′相容易形成裂纹，而在β′相和γ加γ′的相界面终止，这就表明γ加γ′塑性相可以阻隔止在β′相裂纹的进一步扩展，因此NiAl-Fe的塑性可以得到大幅度的改善。

致密化处理对冷喷涂NiAl涂层的高温氧化行为的影响

属间化合物涂层。为了研究致密化对ＮｉＡｌ涂层的抗氧化性能的影响，对ＮｉＡ１金属间化合物涂层
及经过喷丸工艺和在１０８０℃ 下１０ｈ的热处理获得的ＮｉＡｌ致密化涂层进行了等温氧化试验。将试样在１０２０℃ 下分别进行１ｈ、１０ｈ和２００ｈ的氧化，采用Ｘ射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了高温氧化后涂层的组织结构。结果表明，ＮｉＡ１涂层高温氧化过程中涂层表面氧化膜剥落情况比较严重，１０２０ｏＣ高温氧化１０ｈ时有明显的氧化膜剥落现
ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｘｉｄｅｆｉｌｍｗａｓｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄａｔ１０２０℃ ｆｏｒ１０ｈ．ＴｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆＮｉＡｌｃｏａｔｉｎｇｃｏｕｌｄｎｏｔｂｅ
ＸＩＥＲｕｉｇｕａｎｇ，ＬＩＣｈａｎｇｊｉｕ，ＣＵＩＨｏｎｇ
（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ ’ ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００４９；２Ｘｉ ’ ａｎ
ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００２５）

NiAl材料的摩擦磨损性能及氧化性能的开题报告

NiAl材料的摩擦磨损性能及氧化性能的开题报告
一、研究背景
NiAl合金是一种基于亚金属化合物的高温结构材料，具有较高的强度、硬度和塑性，在高温、高摩擦应力等恶劣条件下具有优异的性能，是替代传统的耐热合金和不锈钢等材料的有力候选材料之一。

然而，该材料在实际应用过程中，存在一些问题，如其摩擦磨损性能和氧化性能等尚需进一步研究。

因此，对NiAl材料的摩擦磨损性能和氧化性能开展研究具有重要的理论和实际意义。

二、研究内容
本研究将对NiAl材料的摩擦磨损性能和氧化性能进行研究，具体研究内容如下：
1. NiAl材料的制备及表征。

通过真空感应熔炼和等温热压等方法，制备不同组成和不同形貌的NiAl试样，并借助XRD、SEM等手段对其进行表征分析，了解其微观结构和物理性质。

2. NiAl试样的摩擦磨损性能研究。

采用磨损试验机对不同组成和不同形貌的NiAl试样进行摩擦磨损实验，探究其摩擦系数、磨损率及磨损机理等属性，比较不同试样之间的摩擦磨损性能差异。

3. NiAl试样的氧化性能研究。

通过高温氧化实验，探究不同组成和不同形貌的NiAl试样在高温氧化环境下的氧化过程和形貌，比较不同试样之间的氧化差异。

三、研究目的
通过深入研究NiAl材料的摩擦磨损性能和氧化性能，为其在高温和高应力等恶劣条件下的应用提供理论和实践基础，同时为其它类似亚金属化合物的高温结构材料的研究提供参考和借鉴。

nial熔化温度

nial熔化温度摘要：1.镍铝化合物的基本特性2.镍铝熔化温度的影响因素3.镍铝化合物在不同行业的应用4.我国在镍铝研究方面的发展5.镍铝化合物在未来的发展趋势和前景正文：镍铝化合物（Nial）是一种具有优良性能的金属间化合物，其化学式为NiAl。

镍铝化合物在熔化过程中表现出独特的性质，这使得它们在众多行业中具有广泛的应用。

本文将介绍镍铝化合物的基本特性、熔化温度的影响因素、在不同行业的应用，以及我国在镍铝研究方面的发展和未来发展趋势。

一、镍铝化合物的基本特性镍铝化合物具有以下几种基本特性：1.良好的高温性能：镍铝化合物具有较高的熔点和良好的热稳定性，可在高温环境下长期使用。

2.优异的抗氧化性能：镍铝化合物在高温下具有较高的抗氧化能力，能有效抵抗氧化物的侵蚀。

3.良好的力学性能：镍铝化合物具有较高的强度和硬度，可在高压、高载荷的工况下使用。

4.良好的加工性能：镍铝化合物可采用各种加工工艺进行制造和加工，如锻造、焊接、热处理等。

二、镍铝熔化温度的影响因素镍铝化合物的熔化温度受以下几个因素影响：1.成分比例：镍铝化合物的熔点随镍含量的增加而升高，当镍含量超过30%时，熔点显著增加。

2.热处理工艺：不同的热处理工艺对镍铝化合物的熔点有显著影响。

如退火处理可降低熔点，而淬火处理则可使熔点升高。

3.应力状态：在应力作用下，镍铝化合物的熔点降低。

三、镍铝化合物在不同行业的应用镍铝化合物在以下行业中具有广泛的应用：1.航空航天：镍铝化合物可用于制造高温抗氧化涂层、涡轮叶片等关键部件。

2.化工设备：镍铝化合物可用于制造高温耐磨管道、阀门等设备。

3.能源领域：镍铝化合物可用于核电站、太阳能热发电等高温环境下的部件。

4.交通运输：镍铝化合物可用于制造高速列车、汽车发动机等部件。

四、我国在镍铝研究方面的发展我国在镍铝研究方面取得了显著成果，主要表现在以下几个方面：1.材料研发：成功研发出具有自主知识产权的高性能镍铝化合物材料。

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2期
杨松岚等 :NiAl 金属间化合物高温氧化的研究进展
111
通道一般是晶界 ,因为晶格扩散过于缓慢 ,并且没有
足够的裂纹或位错提供其他的扩散路径[17 ] .
2 稳态氧化
NiAl 金属间化合物具有优良的抗高温氧化性能 ,这主要基于其本身较高的 Al 含量以及 Al 元素相对较高的扩散能力限制了氧化膜/ 基体界面低 Al 含量 Ni - Al 相的形成[4 ] . 只有在极长的氧化时间或极高的氧化温度作用下 (例如在 1200 ℃,超过 3000 个 1 h 循环[13 ] 或在 1300 ℃超过 40 个 100 h 的循环[14 ]) NiAl 才有可能发生氧化失效 ,因此几乎没有关于 NiAl 失稳氧化的报导.
在稳态氧化阶段 NiAl 表面氧化物为稳态的α - Al2O3 . 与亚稳态 Al2O3 不同 α, - Al2O3 生长速率较低 ,没有规则的外部形貌 ,与基体之间不存在择优取向关系[7 ] . 另外在高温下 ( 1000 ℃～ 1100 ℃)α Al2O3 具有脊状特征[7 ,15 ] . Pint [16 ] 将其分为本征脊
Orientation Relationship
(Bain) (001)β/ / (001) S [ 100 ]β/ / [ 110 ] S (O. R. on (012)β)
-
(012)β/ / ( 1 12) S [ 100 ]β/ / [ 110 ] S
(N - W)
-
(011)β/ / ( 1 11) S [ 100 ]β/ / [ 110 ] S
摘要由于 NiAl 金属间化合物的一些优异性能 ,长期以来作为高温结构的候选材料而得到广泛关注 ,其高温氧化行为也被广泛研究. 本文综述了 NiAl 高温氧化的研究进展. 关键词 NiAl 氧化综述中图分类号 T G172. 2 文献标识码 A 文章编号 100226495 (2002) 0220109204
-
[ 1 10 ]β/ / [ 100 ] S
Oxidation Conditions Up to 100 h at 800 ℃
110 h at 1100 ℃ up to 100 h at 800 ℃
up to 100 h at 800 ℃
011 h ,800 ℃
011 h ,800 ℃
up to 100 h at 800 ℃
和外来脊 ,分别对应于不同的形成机制 ,其中本征脊在没有活性元素添加的 NiAl 合金表面形成[17 ] ,与 Al 元素沿氧化膜中氧化物的晶界外扩散有关 ,而外来脊主要在添加活性元素的 NiAl 合金表面形成 ,与 Al2O3 的相变有关[7 ,15 ] .
对于 NiAl 表面 Al2O3 的生长机理 ,目前存在两种相矛盾的结论. 早期通过标记法 (例如 Hindam 和 Smeltzer[18 ]) 进行的研究认为在所有情况下α Al2O3 通过 O 原子的内扩散形成 ,但以后 O 元素的同位素示踪证明该结论并非正确[19～22 ] ,其原因在于氧化膜表面的标记在氧化过程中发生漂移. Pint [17 ]通过同位素示踪对 NiAl 在 1200 ℃的氧化研究表明 ,在没有活性元素添加的 NiAl 表面α- Al2O3 的生长同时包含了 O 原子的内扩散和 Al 原子的外扩散 ,该结论很好解释了纯 NiAl 表面α- Al2O3 膜的等轴晶结构. O 原子或 Al 原子通过氧化膜的扩散
NiAl 氧化的另一显著特征是在氧化膜/ 基体金
属界面容易形成大量的空洞. Pint [23 ]认为这与 NiAl 合金表面α- Al2O3 的生长机理有关 ,O 原子的内扩
散和 Al 原子的外扩散[17 ,24 ,25 ]加速了界面空洞的形
核与长大. 另外 ,合金中杂质元素 S 向氧化膜/ 基体界面的扩散[26～29 ] 也将加速界面空洞的形核与长
与其它 Ni 基高温合金相比β- NiAl 金属间化合物具有较高的熔点 (1638 ℃) 、较低的密度 (5. 90 g/ cm3) 、较高的杨氏模量 (240 GPa) 以及较高的热导性和优良的抗高温氧化性能. 最近研究发现通过合金化可以大大提高 NiAl 合金的高温韧性和室温塑性 ,因此长期以来 NiAl 作为高温结构的候选材料而得到广泛关注 ,大量的实验结果表明其高温氧化行为在某些方面有其独特之处. 本文对 NiAl 金属间化合物结构材料的高温氧化性能进行了总结 ,包括一些最新研究结果.
θ
θ
θ
θ
1100 ℃
011 h
θ
110 h
θ
S = NiAl2O4 γ- γAl2O3 δ- δAl2O3 θ-θAl2O3
[ ]denotes possible phases
Table 3 Summary of the orientation relationships bet ween the oxide scales and the single - crystalβ- NiAl substrates for the various oxidation conditions
( K - S)
-
(011)β/ / ( 1 11) S
-
-
[ 11 1β/ / [ 01 1 ] S
(t hird O. R. on (011)β)
-
(011)β/ / ( 1 11) S
-
-
[ 21 1 ]β/ / [ 01 1 ] S
(O. R. on (011)β)
(111)β/ / near (021) S
PROGRESS IN HIGH TEMPERATURE OXIDATION OF NiAl INTERMETALL IC COMPOUND
YAN G Songlan ,WAN G Fuhui
( S tate Key L aboratory f or Corrosion and Protection , Instit ute of Metal Research , T he Chi nese A cadem y of Sciences , S henyang 110016 )
国家杰出青年基金 (59625103) 和 863 基金 (715 - 011 - 012) 联合资助项目收到初稿 :2000211201 ;收到修改稿 :2001203201 作者简介 :杨松岚 ,男 ,1971 年生 ,博士生
以上相变过程强烈依赖于氧化时间和氧化温度[2 ] . 一般认为亚稳 Al2O3 在 800 ℃以上主要以θ相的形式存在[3 ] . 氧化温度低于 1050 ℃,水蒸气或低氧压环境[4 ] 有利于亚稳 Al2O3 形成及存在. 亚稳 Al2O3 (例如 θ 相 ) 的突出特点是具有较高的生长速率[3 ,5 ] , (表 1 给出了 1223 K[5 ] 下实验所测 NiAl 表面不同 Al2O3 的生长速率 ,以及相应的激活能) ,具有晶须状或刀片状的外部形貌 ,O 原子同位素示踪表明[6 ] ,亚稳 Al2O3 主要以外向生长为主. Doychak 等通过对不同取向 NiAl 单晶的瞬态氧化行为研究[2 ,7 ]还发现 ,在瞬态氧化阶段除了形成亚稳 Al2O3 外还伴有富 Ni 氧化物 ( NiAl2O4) 的生成 ,如表 2 所示 ,并且氧化膜与基体之间存在一定的择优取向关系[2 ,8 ] (见表 3) .
1 瞬态氧化
瞬态氧化通常是指在初始氧化阶段 ,合金中所有组元的氧化物同时存在的过程. NiAl 金属间化合物在瞬态氧化阶段特别容易形成立方晶系的亚稳 Al2O3 ,包括γ相、δ相以及θ相 ,它们的理论热稳定性如下所示[1 ] :
γ- Al2O3 750 ℃δ- Al2O3 900 ℃θ- Al2O3 1000 ℃α- Al2O3
800 ℃
011 h
(001)β
(012)β
S ,[δ-θ] S ,[δ-θ]
(011)β S
(111)β S
110 h
0146 δθ, ,S
0155 δθ, ,S
0101 δθ, ,S
0101 [γδ, θ, ] ,S
0177
0155
0186
0186
1010 h
θ
θ
θ
θ
0193
0196
0197
10010 h
ABSTRACT NiAl intermetallic compound is being considered as a material for high temperat ure ap2 plications ,due to t he combination of it s many excellent properties ,and in particular to it s excellent oxi2 dation resistance. Based on t he high aluminum activity ,NiAl forms only t he Al2O3 during high temper2 at ure oxidation. In t his paper t he oxidation of NiAl at high temperat ure was reviewed. KEY WORDS NiAl ,oxidation ,review
Table 1 Values of Kp at 1223 K and activation energies of the growth of the different oxide phases[ 5]