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））。

第二种分类方法：按照结合键的特点分类：a结合键性和其金属组成元素相似，主要是金属键。

b结合键是金属键含有部分定向共价键。

c具有强的离子键结合。

d具有强的共价键结合。

第三种分类方法：按照影响其结构稳定性的主要因素分类（类型：价电子化合物、电子化合物（电子相）、尺寸因素化合物）
第四种分类方法：按照化学元素原子配比的特点分类。

5、什么是长程有序和短程有序度，举例说明长程有序度随温度变化规律
答：长程有序度σ定义为：
Pαα为α原子占据α亚点阵的几率（α=A或B），Cα0为α原子的当量成分。

短程有序度s是指某一种原子周围最近全部异类原子对的数目NAB：
s =（2NAB- N*）/N* N*为近邻总的原子对数。

长程有序度随温度升高的变化：
第一类：随温度升高，长程有序度连续减小到Tc温度时为0。

如CuZn
第二类：随温度上升，长程有序度有少量连续的降低，但直到Tc温度长程有序度才突然降到0，Tc为无序有序转变温度。

如Cu3Au
但高于Tc仍有短程序存在。

6、金属间化合物的基本结构特点
答：1、无序态、有序态和液态2、有序无序转变3、金属键与共价键的双重性4、结构复杂性5、超点阵位错6当金属间化合物中添加第三组元（合金化）时，第三组元会占据晶胞一定的点阵位置。

7、合金化诱导晶体结构变化8、形变诱导结构变化：有序金属间化合物在形变过程中可能发生相结构变化9有序金属间化合物的晶界结构与无序相的晶界结构不同，
许多金属间化合物表现出严重的晶界脆性，优先发生沿晶断裂。

7、微量B在Ni3Al中的作用机理
答：微量硼的加入可以最有效地提高Ni3Al (< 25%Al) 在空气中的室温拉伸延伸率。

实验证明硼偏聚在Ni3Al 晶界上使含硼Ni3Al 韧化（偏析量受Al含量影响）。

B 和Ni共偏析造成晶界成分性无序区；晶界区有一层沿晶界的绳状特征----无序区；无序区的尺度很小（20nm内）；影响晶界裂纹尖端发射位错的能力和位错运动穿过境界的能力，从而韧化晶界。

硼可以抑制Ni3Al 的环境敏感脆化。

8、金属间化合物（Al化物）熔炼特点及熔炼铸造方法
熔炼金属间化合物具有自身特点（特别是铝化物）：（1）合金元素溶解过程反应热高（反应放热）；（2）对间隙元素敏感性高；（3）合金元素含量高（例如铝化物中的铝）；（4）合金中各元素物性差别大（例如各元素熔点）；（5）性能对组织敏感性高等。

主要熔炼方法：感应熔炼，真空电弧熔炼，电渣重熔，等离子电弧熔炼，感应凝壳熔炼，电子束熔炼等。

主要铸造工艺：砂型铸造、熔模铸造、近净成形铸造、定向凝固以及单晶制备技术，喷射铸造(喷射沉积) ，低压铸造等。

9、金属间化合物能否采用变形加工基本判据在预期的热加工温度和大约10-1/s的工业应变速率下，铸态组织的塑性要等于或高于30%；在所采用的热加工温度或变形速率下，合金的流变应力应相当于室温流变应力的1/5到1/10；在一个宽的温度范围内维持高塑性；在热加工条件下，不形成低熔点的液体；无环境影响；良好的中温塑性（大于等于10%）以避免在热加工后的冷却过程中产生断裂等。

10、金属间化合物的强度特点归纳来说，屈服强度与温度关系可分为三类：A 类金属间化合物的屈服强度随温度升高而提高(如单晶 TiAl、Ni3Al)；B 类的屈服强度随温度升高无明显下降，但在低温区却随温度降低有明显硬化(如单晶 NiAl)；C 类金属间化合物的屈服强度随温度升高而降低。

金属间化合物力学性能的一个显著特点，是屈服强度反常温度关系，即 R 现象。

很高的高温强度。

11、本征脆性影响因素本征脆性是指由金属间化合物的结构和位错运动特征带来的固有的脆
性。

影响：电子结构特征；位错运动特征；晶体结构特征；晶界本征脆性及晶界附近区变形特征；应力状态特征和材料的缺口敏感特征；气体杂质原子、间隙原子和点缺陷特征。

12、产生环境脆性原因，及低温环境敏感氢脆性的特点
通常金属间化合物的环境脆性是指一种水汽环境诱导的室温脆性。

尤其当材料中含有一种活性组员，例如，铝化物中的铝，硅化物中的硅，都是活性组员。

它们在室温下就会与空气中的水汽发生表面反应，产生活性原子氢，深入材料表面，使之发生氢脆。

低温环境敏感氢脆一般有如下特点：室温塑性与应变速度有关，在高应变速度下一般强于低应变速度；氢脆现象常在低温发生；氢脆现象是可逆的；屈服强度与变形速度无关；易发生延晶断裂。

13、改善金属间化合物的脆性方法
控制化学计量比，微合金化、合金化；提高晶体对称性（通过晶格参数改变、晶体结构转变）；显微组织控制；添加第三元素改变晶界结构，消除晶界脆性因素；消除成分偏析：高纯度的合金，塑性较高；细化晶粒：细化元素、快速凝固、机械合金化、纳米晶；热加工技术；复合增韧技术；消除环境脆化：保护膜（氧化膜）防止空气或水分子进入。

例如：合金化改变表层的氧化膜或通过热处理形成致密的氧化膜。

14、相图中出现的三种类型金属间化合物
15、改善铁的铝化物的任性途径
对于FeAl 和Fe3Al 脆性原因的认识使人们找到了设计韧性铁-铝合金的新方向：添加铬合
金元素和/或在空气中预氧化在表面形成具有保护作用的氧化膜；通过热机械处理细化晶粒；通过添加Zr、B 和C 形成如锆的硼化物等的第二相粒子细化晶粒；添加微量硼提高晶界的结合强度；合金化(如添加硼) 降低氢的溶解度和扩散速率。

16、铁铝系金属间化合物的发展趋势Fe-A l 金属间化合物在实用化方面要取得更大的发展, 尚需在以下几个方面进行研究:
通过微合金化来提高Fe-A l 金属间化合物的塑性和韧性及高温综合性能。

通过铸造获取其他加工方法不能获得的所需形状。

通过热形变处理, 既可获得所需要的形状, 又细化晶粒, 提高材料塑性, 改善材料的强韧性。

利用Fe-A l 金属间化合物的半陶瓷性能, 设计新型的复合材料。

解决材料的加工硬化问题, 通过材料的冷加工, 获得材料的精确形状。

开发Fe-A l 合金的粉体制备工艺, 研究Fe-A l的喷涂技术, 充分利用该材料良好的耐腐蚀性。

17、Ni3Al的中温脆性改善方法在空气中测试, 中温(500～600℃附近) 拉伸延伸率大幅度下降, 产生所谓中温脆性现象。

加入质量分数为8% 的铬元素可以有效地减轻其中温脆性; 通过定向凝固获得柱状晶也有效地抑制其中温脆性。

18、改善NiAl合金室温塑性方法合金化是改善nial合金室温塑性最为常用的手段之一，适量的Fe、Mo和Ga能提高nial合金的室温塑性；宏合金化也被用来改善室温塑韧性，其思想是引入塑性第二相并通过塑性相变形来增加nial材料的塑韧性；改善多晶nial合金的室温塑性另一条途径是细化晶粒。

19、tial系金属间化合物优缺点及改善室温塑性方法
γ-TiA1基合金具有许多突出特点，例如：密度低；具有高的比强度和比弹性模量；在高温时仍可以保持足够高的强度和刚度；TiAl合金具有很好的阻燃性能和抗氧化性能；具有良好的抗蠕变及抗氧化能力等等。

缺点：成形性差；难以加工成结构部件；对于1000℃以上使用的高温部件具有相对较低的高温强度；拉伸强度、塑性与断裂/蠕变抗力具有反常关系；800℃以上的抗氧化性能不足。

室温塑性低；
通过组织控制来改善TiAl基合金的室温塑性的途径有:
（1）控制合金成分，使Al含量在46at%-49at%范围内，引入少量α2-Ti3Al相，形成双相TiAl合金组织。

(2) 细化合金的晶粒尺寸，获得亚微米级或者纳米级的晶粒，从而获得较好的室温塑性；（3）控制等轴γ相、α2相及层片组织的含量。

（4）改进合金的成形方法：通过热机械处理（如等温锻造、热挤压等方法）和随后的热处理控制材料的最终显微组织；采用定向凝固技术、快速凝固技术以及HIP技术改善合金的显微组织。

（5）提高合金纯度、减少有害相的存在。

（6）通过添加V、Cr、Mn等合金元素，减小γ相的单胞体积或轴比。

（7）降低环境脆性。

（8）在基体中加入塑性粒子或塑性纤维。

在TiA1基合金基体中加入塑性粒子或塑性纤维，发展以TiA1合金为基的复合材料，以此来提高室温塑性。

20、tial合金微合金化及合金化元素的作用
（1）V、Mn、Cr、Mo、B、Sn、Ni、Y，这类合金元素可以提高合金的塑性。

（2）Nb、Cr、W、Mo、Ta、Si、P、Sb，这类合金元素可以提高合金的抗氧化性。

（3）Si、Er、Nb、W、Ta、C、N、O，这类合金元素可以提高合金的抗蠕变性能。

（4）Cr、C、N，这类合金元素可以提高合金的断裂韧性。

加C、N后由于固溶强化、弥散强化的作用而使合金的断裂韧性提高。

（5）Nb、Mo、B、Y，这类合金元素可以提高合金的强度。

（6）W、Si、Nb，这类合金元素可以提高合金的组织稳定性。

（7）W、C、N，这类合金元素可以提高合金的显微硬度。