原位冶金法合成Nb-Al基金属间化合物
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Key words: Nb-Al intermetallics compounds; consutrode; in-situ metallurgy; microstructure
0 引言
铌铝系金属间化合物是一种具有低密度、高熔 点和优良高温强度的金属间化合物，但是目前对它 的研究相对较少，与目前广泛研究的Fe-Al系、Ni-Al 系、Ti-Al 系金属间化合物相比，其具有更高的熔点 和适中的密度，是一种潜在的高温结构材料[1,2]。由
金属间化合物性能的增强作用。
技 术
图1 直流电弧原位冶金（自耗电极）工艺示意图
1 试验材料与方法
试验选用原始材料为块状铌铁（含铌50%）和 纯铝，通过用颚式破碎机和球磨机加工分别得到铌 铁和纯铝粉末。按照表1配制两组混合粉末。
表1
试样原始粉末质量配制比例（wt.%）
试样 Nb-Fe粉（含Nb50%） 纯Al粉 自耗电极
属间化合物。利用X射线衍射仪、扫描电镜和金相显微镜对其显微组织进行分析，结果表明含Ni元
素的金属间化合物裂纹敏感性较低，且含Ni的金属间化合物显微组织多呈不规则大面积块状，且
边缘圆润无棱角，含Ni的金属间化合物能提高延性及韧性。
关键词：Nb-Al基金属间化合物 自耗电极 原位冶金 显微组织
中图分类号：TG13
经验交流 Experience Exchange
原位冶金法合成
Nb-Al基金属间化合物
陶 鹏1 王 顺2 董彩常1
（1.青岛钢研纳克检测防护技术有限公司，山东 青岛 266071；
2.青岛中集环境保护设备有限公司，山东 青岛 266599）
摘 要：以Nb-Fe、Al粉为原料，通过自耗电极直流电弧原位冶金制备不同成分的Nb-Al基金
术
Abstract: Nb-Al intermetallics compounds with were prepared by the technology of the consutrode
DC are in-situ metallurgy using Nb-Fe and Al powder as raw materials.The microstructure was performed with X-ray diffractometers, scanning electron microscopy and metallographic microscope.The results showed that intermetallics compounds containing Ni had crack sensitivity lower and the microstructure of intermetallics compounds containing Ni was mostly irregular,large area blocks, and the edges are round and angular, so the intermetallic compounds containing Ni can increase ductility and toughness.
文献标识码：A
DOI：10.13726/ki.11-2706/tq.2019.06.017.03
Nb-Al Intermtallics Compounds prepared by in-situ metallurgy
TAO Peng1, WANG Shun2, DONG Cai-chang1
于低对称性的晶体结构具有有限的滑移体系和破坏模 式，铌铝系金属间化合物的室温塑性和韧性差，因此 提高延性和韧性是其获得工业应用的必备条件[3,4]。
制约铌铝系金属间化合物实际应用的另一个 主要原因是其抗氧化性能较弱，铌及其合金材料在 600℃以上的空气氛围中会发生严重氧化，从而导致
作者简介：陶鹏 (1990－) ，男，山东青岛人，工程师，本科，主要研究方向为材料腐蚀与防护。
（BDTT）和抗氧化性能可以通过调节合金成分控 金相显微镜下观察试样表面形貌；在扫描电镜上观
制。随着Ni含量的增加，即NiAl含量的增加，高温 察试样的显微组织；用日本的D/MAX2500PC型X射
强度和BDTT降低，而断裂韧性和抗氧化性能增强。 线衍射仪分析试样物相组成 。
直流电弧可快速产生局部高温洁净环境，迅
全面腐蚀控制 第33卷第06期 2019年06月 Nhomakorabea17
经验交流 Experience Exchange
脆性断裂[5]。利用合金化不仅可以改善其抗氧化性
直流电弧原位冶金试验设备为实验室自行研
能还可以改变金属间化合物的晶体结构，提高对称 制，设备系统主要包括：大功率逆变直流电源、自
性，为材料变形提供附加的滑移带，从而改善其韧 动升降装置、耐火材料型腔。通过直流电弧原位冶 性[6,7]。RIOS[8]等研究了Nb-Al-X（Cu、Si、Ni、Ti、 金制备两种试样a、b，自耗电极为Fe和Ni。制备好
Cr）三元合金体系。对Al57.2Nb40.4Ni2.4共熔合金 的试样用酒精和丙酮浸洗，经冷风吹干后，用电火
的研究表明：由NbAl3、Nb2Al 和NbNiAl（C14）三 花线切割沿材料轴线截取试样，将切好的试样镶
相组成的Nb-Ni-Al合金的高温强度、韧脆转变温度 嵌，磨平抛光制备金相试样，在日本Nikon的Me600
(1. Qingdao NCS Testing & Corrosion Protection Technology Co., Ltd. Qingdao 266071, China；
技
2. Qingdao CIMC ECO-Equipment. Co., Ltd. Qingdao 266599, China)
速熔化各种难熔金属，使各组分充分净化和均匀熔 2 实验结果与分析
合，熔池顺序凝固后得到均匀致密的结晶组织，生 2.1 物相分析 产灵活，产品质量稳定，成本低[9]。本文采用自耗电
极直流电弧原位冶金法制备Nb-Al金属间化合物，电
极成分融入到金属间化合物中以提高其性能，此次
自耗电极选取Fe和Ni，旨在对比研究Ni元素对Nb-Al
0 引言
铌铝系金属间化合物是一种具有低密度、高熔 点和优良高温强度的金属间化合物，但是目前对它 的研究相对较少，与目前广泛研究的Fe-Al系、Ni-Al 系、Ti-Al 系金属间化合物相比，其具有更高的熔点 和适中的密度，是一种潜在的高温结构材料[1,2]。由
金属间化合物性能的增强作用。
技 术
图1 直流电弧原位冶金（自耗电极）工艺示意图
1 试验材料与方法
试验选用原始材料为块状铌铁（含铌50%）和 纯铝，通过用颚式破碎机和球磨机加工分别得到铌 铁和纯铝粉末。按照表1配制两组混合粉末。
表1
试样原始粉末质量配制比例（wt.%）
试样 Nb-Fe粉（含Nb50%） 纯Al粉 自耗电极
属间化合物。利用X射线衍射仪、扫描电镜和金相显微镜对其显微组织进行分析，结果表明含Ni元
素的金属间化合物裂纹敏感性较低，且含Ni的金属间化合物显微组织多呈不规则大面积块状，且
边缘圆润无棱角，含Ni的金属间化合物能提高延性及韧性。
关键词：Nb-Al基金属间化合物 自耗电极 原位冶金 显微组织
中图分类号：TG13
经验交流 Experience Exchange
原位冶金法合成
Nb-Al基金属间化合物
陶 鹏1 王 顺2 董彩常1
（1.青岛钢研纳克检测防护技术有限公司，山东 青岛 266071；
2.青岛中集环境保护设备有限公司，山东 青岛 266599）
摘 要：以Nb-Fe、Al粉为原料，通过自耗电极直流电弧原位冶金制备不同成分的Nb-Al基金
术
Abstract: Nb-Al intermetallics compounds with were prepared by the technology of the consutrode
DC are in-situ metallurgy using Nb-Fe and Al powder as raw materials.The microstructure was performed with X-ray diffractometers, scanning electron microscopy and metallographic microscope.The results showed that intermetallics compounds containing Ni had crack sensitivity lower and the microstructure of intermetallics compounds containing Ni was mostly irregular,large area blocks, and the edges are round and angular, so the intermetallic compounds containing Ni can increase ductility and toughness.
文献标识码：A
DOI：10.13726/ki.11-2706/tq.2019.06.017.03
Nb-Al Intermtallics Compounds prepared by in-situ metallurgy
TAO Peng1, WANG Shun2, DONG Cai-chang1
于低对称性的晶体结构具有有限的滑移体系和破坏模 式，铌铝系金属间化合物的室温塑性和韧性差，因此 提高延性和韧性是其获得工业应用的必备条件[3,4]。
制约铌铝系金属间化合物实际应用的另一个 主要原因是其抗氧化性能较弱，铌及其合金材料在 600℃以上的空气氛围中会发生严重氧化，从而导致
作者简介：陶鹏 (1990－) ，男，山东青岛人，工程师，本科，主要研究方向为材料腐蚀与防护。
（BDTT）和抗氧化性能可以通过调节合金成分控 金相显微镜下观察试样表面形貌；在扫描电镜上观
制。随着Ni含量的增加，即NiAl含量的增加，高温 察试样的显微组织；用日本的D/MAX2500PC型X射
强度和BDTT降低，而断裂韧性和抗氧化性能增强。 线衍射仪分析试样物相组成 。
直流电弧可快速产生局部高温洁净环境，迅
全面腐蚀控制 第33卷第06期 2019年06月 Nhomakorabea17
经验交流 Experience Exchange
脆性断裂[5]。利用合金化不仅可以改善其抗氧化性
直流电弧原位冶金试验设备为实验室自行研
能还可以改变金属间化合物的晶体结构，提高对称 制，设备系统主要包括：大功率逆变直流电源、自
性，为材料变形提供附加的滑移带，从而改善其韧 动升降装置、耐火材料型腔。通过直流电弧原位冶 性[6,7]。RIOS[8]等研究了Nb-Al-X（Cu、Si、Ni、Ti、 金制备两种试样a、b，自耗电极为Fe和Ni。制备好
Cr）三元合金体系。对Al57.2Nb40.4Ni2.4共熔合金 的试样用酒精和丙酮浸洗，经冷风吹干后，用电火
的研究表明：由NbAl3、Nb2Al 和NbNiAl（C14）三 花线切割沿材料轴线截取试样，将切好的试样镶
相组成的Nb-Ni-Al合金的高温强度、韧脆转变温度 嵌，磨平抛光制备金相试样，在日本Nikon的Me600
(1. Qingdao NCS Testing & Corrosion Protection Technology Co., Ltd. Qingdao 266071, China；
技
2. Qingdao CIMC ECO-Equipment. Co., Ltd. Qingdao 266599, China)
速熔化各种难熔金属，使各组分充分净化和均匀熔 2 实验结果与分析
合，熔池顺序凝固后得到均匀致密的结晶组织，生 2.1 物相分析 产灵活，产品质量稳定，成本低[9]。本文采用自耗电
极直流电弧原位冶金法制备Nb-Al金属间化合物，电
极成分融入到金属间化合物中以提高其性能，此次
自耗电极选取Fe和Ni，旨在对比研究Ni元素对Nb-Al