Ni3Al基金属粉芯焊丝的堆焊工艺性研究

采用非熔化极气体保护焊(TIG)进行熔覆堆焊,研究Ni3Al及Ni3Al+Cr3C2金属间化合物基金属粉芯焊丝在45#钢、304不锈钢、42CrMo合金钢、4Cr14Ni14W2Mo耐热不锈钢基板上的熔覆层组织和性能.结果表明:(1)Ni3Al+Cr3C2熔覆后的平均稀释率(34.55％)低于Ni3Al熔覆后的平均稀释率(42.8％);(2)采用纯Ni3Al金属粉芯焊丝堆焊后的熔覆层主要为单一的γ'-Ni3Al相,采用Ni3Al+Cr3C2时,熔覆层主要由γ'-Ni3Al相MC型及M23C6型碳化物组成;(3)Ni3Al+Cr3C2熔覆层的显微硬度显著高于纯Ni3Al熔覆层;(4)采用Ni3Al、Ni3Al+Cr3C2金属粉芯焊丝在4种实验基板上熔覆,焊道冶金结合良好、润湿良好,堆焊后缺陷少,堆焊层硬度高于母材,能够用于相关材料表面增强熔覆.     

热爆合成Ni-Al金属间化合物的物相及组织结构

以Ni粉和Al粉为原料,通过热爆反应合成及空冷制备Ni-Al系金属间化合物。利用X射线衍射仪、电子探针和显微硬度计分析了合成试样的物相组成、显微组织及硬度。结果表明:当Ni、Al摩尔比为1∶1时,反应生成物为单一的枝晶状NiAl相;当Ni、Al摩尔比为3∶1时,生成物组织形态复杂,主要由枝晶状β-NiAl、粗大块状和网状γ-Ni3Al、不规则的块状或者短棒状γ’-Ni3Al、板条状和针片状M-NiAl组成。因为γ’-Ni3Al在β-NiAl晶粒内部析出造成的应力场、NiAl中富含大量Ni及非平衡冷却,有利于β-NiAl转变成M-NiAl。     

碳化铬/Ni3Al复合堆焊层组织及摩擦磨损分析

采用光学显微镜、扫描电镜、电子探针及X射线衍射分析钨极氩弧堆焊碳化铬增强Ni3Al基复合堆焊层的组织结构,并采用销盘式干摩擦磨损试验机对堆焊层与活塞环用蠕墨铸铁材料的干摩擦磨损性能进行试验比较.结果表明,复合堆焊层内形成Ni3Al金属间化合物基体,其中弥散分布有大量细小的块状和条状碳化物硬质相Cr3C2和Cr7C3;焊接时焊丝中Cr3C2颗粒溶解析出,重新析出的碳化铬颗粒中包含Fe和Ni元素,碳化铬颗粒与Ni3Al基体形成良好的冶金结合;弥散分布的碳化铬颗粒和Ni3Al基体固溶强化的Cr元素决定了堆焊层具有较高的硬度.室温条件下,复合堆焊层具有优异的耐干摩擦磨损性能,其摩擦系数为0.23,远低于活塞环蠕墨铸铁的0.39;磨损率仅为蠕墨铸铁材料的43%.     

浆料包渗温度对Cu基体Ni镀层表面渗铝组织和性能的影响

采用浆料包渗法在Cu基体Ni镀层表面渗铝，制备出了Ni2Al3金属间化合物渗层，研究了包渗温度对渗层组织、厚度、扩散系数和显微硬度的影响。结果表明：在600-900℃渗铝12h，均形成了单相Ni2Al3金属间化合物渗层。随着温度升高，Ni2Al3晶粒尺寸增大，渗层厚度和扩散系数增加，显微硬度降低。     

Fe对NiAl金属间化合物光束堆焊层成形及组织结构的影响

采用X射线衍射、SEM、EDS等分析方法，研究了铁元素对光束堆焊合成NiAl金属间化合物层的成形和组织结构的影响规律。结果表明，光束堆焊镍铝混合粉制备NiAl金属间化合物层时，NiAl的高熔点导致堆焊层成形困难。在镍铝混合粉中加入适量铁粉（11at％～28at％）可以降低堆焊合金体系的熔点、改善堆焊层成形。随着铁粉加入量的增加，堆焊层的稀释率呈现先增加后降低的趋势，过多的铁粉加入量（43at％）将使熔池金属不能润湿母材。铁元素的引入使堆焊层中析出了Fe3Al相，随着堆焊层中含Fe量的增加，Fe3Al的析出量增加，堆焊层的微观组织为NiAl柱状晶和柱状晶间的Fe3Al条状相。     

添加WC改善Ni3Al的焊接性能

Ni3Al金属间化合物是一种潜在的高温结构材料的耐磨材料，由于含有较多易氧化元素，它的焊接性能一直未得到有效的解决。本文研究了WC／Ni3Al复合材料焊条中的WC含量对焊接性能的影响。当焊条中不含WC时，Al大量被氧化，形成球形氧物夹杂，焊接表面沿夹杂／基体界面出现细微裂纹。当焊条中含质量分数5％WC时，WC溶解，析出W2C，部分Al被氧化，基体转化成Ni3(AlTi)C，形成碳化物包裹氧化物／金属间化合物的复合材料。当焊条中的WC含量升高达到30％时，由于溶解C的保护作用，焊层中的Al不被氧化，可获得无裂纹的焊接面，形成碳化物／金属间化合物复合材料。     

DZ125合金表面碳化铬／Ni_3Al堆焊涂层显微组织

采用药芯焊丝法制得Ni—Al-Cr3C2复合焊丝，将该焊丝堆焊于DZ125合金表面．在氩弧物理热的作用下，Ni与Al化合成Ni3Al并释放大量反应热；Cr3C2发生分解，并在随后凝固过程中重新析出细小的富Cr的M3C2和M7C3相．受冷却速率的影响，靠近母材区域的碳化物尺寸小于外层区域．母材合金元素进入焊接熔池中，发生一系列碳化和氧化反应，生成的化合物按自由能高低随温度降低顺序析出，导致在焊接熔合区形成大量富Hf，Ta，Ti和W的MC复合碳化物和少量氧化物，距焊层表面越近，数量越少直至消失．     

铝含量对定向凝固Ni3Al基合金显微组织和持久性能的影响

研究了铝含量对定向凝固Ni3Al基合金铸态和热处理态显微组织的影响，用定向凝固技术制取合金。测试了合金的高温持久性能，利用SEM，EDS，XRD等考察了持久断裂试样的微观形貌。结果表明，铝含量在6．5％～9．5％(质量分数，下同)范围内，合金的铸态组织由γ′，γ和MC碳化物组成，9．5％Al的合金形成大量的γ′初晶和少量β—NiAl相；1300℃，4h固溶热处理使次生γ′全部固溶，共晶γ′固溶很少，直到合金初熔γ′初晶和β—NiAl相仍不能固溶，严重损伤合金的高温强度；在1100℃，70MPa条件下持久时间高于10h时，合金即出现明显的筏排组织，持久裂纹主要沿柱晶横向段和枝晶间萌生扩展。7．5％～8．5％的铝含量是添加了W，Mo，Ta，Ti等合金元素的定向凝固Ni3Al基合金的适宜范围。     

Cr3C2/Ni3Al表面耐磨堆焊材料的焊接性

Cr3 C2/Ni3 Al复合材料是一种极具潜力的高温表面耐磨堆焊材料,焊接性对于该材料的推广应用至关重要.将真空烧结制得的Cr3 C2-NiAl-Ni焊条堆焊于碳钢和耐热钢表面,可形成无焊接裂纹的Cr3 C2/Ni3Al复合材料堆焊层,表明Cr3 C2/Ni3 Al复合材料具有良好的焊接性,适于作为铁基材料表面耐磨堆焊材料推广应用.分析认为,Cr3 C2/Ni3 Al复合材料具有良好焊接性的原因在于:(1)焊接过程中,Cr3 C2发生溶解再析出,熔池中的C优先被氧化,保护了Al的氧化.(2)从铁基材料基材中扩散入到焊层中的Fe元素和Cr3 C2溶解而固溶于焊层中的Cr元素有效地改善了Ni3 Al基体的焊接性.     

2.25Cr-1Mo钢TIG堆焊Fe3Al合金的研究

通过TIG堆焊工艺试验，建立了填充金属Al含量与Fe-Al合金堆焊层中Al含量之间的对应关系，研究了Al含量对堆焊层裂纹倾向、显微组织、力学性能以及断裂特征的影响规律，确定了获得Fe3Al合金堆焊层所要求的焊丝中Al含量范围，为研制开发Fe3Al堆焊焊丝提供了依据。     

NiAl－Fe金属间化合物合金的正电子寿命谱

测量了塑性金属间化合物合金Ｎｉ（５０）Ａｌ（３０）Ｆｅ（２０），Ｎｉ（５０）Ａｌ（２０）Ｆｅ（３０）和Ｎｉ（６０）Ａｌ（２０）Ｆｅ（２０）单晶和多晶的正电子寿命谱．基于正电子寿命谱的特征参数引入了正电子双区域捕获模型，并讨论了这些合金微观结构与力学性能之间的关系．     

NiAl—Fe金属间化合物合金的正电子寿命谱

测量了塑性金属间化合物合金Ｎｉ５０Ａｌ３０Ｆｅ２０，Ｎｉ５０Ａｌ２０Ｆｅ３０，Ｎｉ６０Ａｌ２０Ｆｅ２０单晶和多晶的正电子寿命谱。基于正电子寿命谱的特征参数引入了正电子双区域捕获模型，并讨论了这些合金微观结构与力学性能之间的关系。     

CORRELATION BETWEEN OXIDATION BEHAVIOUR AND BORON CONTENT IN Ni_3Al

本文研究了含硼量为0-2.22at.-％的Ni_3Al在750-1150℃和3-100h条件下的氧化行为。结果表明,不同硼含量的Ni_3Al合金在不同温度下的氧化动力学曲线基本都符合抛物线规律。硼含量在0.52-1.37at。-％时抗氧化性能最好。研究了氧化膜的形态与结构。0-1.37at.-％B的Ni_3Al合金,表面形成以Al_2O_3为主的氧化膜,并含有少量NiO和NiAl_2O_4,含有2.22at.-％B的Ni_3Al合金,表面生成复杂的硼氧化物,破坏Al_2O_3膜的完整性,抗氧化性最差。但无硼合金中,NiAl_2O_4的含量最高,并在试样冷却过程中几乎全部剥离。     

ELECTRONIC STRUCTURE OF γ′-PHASE IN SUPERALLOY CONTAINING Mg AND W

本文用实空间格林函数递推方法,计算了含杂质Mg,W的γ′-Ni_3Al相的电子结构,结果表明,Mg和W原子进入γ′相后都失去部分外层电子,使得原子半径减小,从而有利于杂质以替代方式进入γ′相;Mg和W原子同时进入γ′相,使Mg与γ′基体之间的相互作用增强,有利于γ′相产生稳定结构。     

含Mg,W高温合金γ′相的电子结构

本文用实空间格林函数递推方法,计算了含杂质Mg,W的γ′-Ni_3Al相的电子结构,结果表明,Mg和W原子进入γ′相后都失去部分外层电子,使得原子半径减小,从而有利于杂质以替代方式进入γ′相;Mg和W原子同时进入γ′相,使Mg与γ′基体之间的相互作用增强,有利于γ′相产生稳定结构。     

Zr65Al7.5Ni10Cu17.5和Zr65Al10Ni10Cu15合金的非晶和晶态薄带吸氢行为研究

研究两种不同成分具有较大过冷液相区的四元合金Zr65Al7.5Ni10Cu17.5和Zr65Al10Ni10Cu15，非晶和晶态薄带吸氢行为，结果表qt两种薄带的吸氢量均随着温度的升高而增大，非晶薄带的吸氢量要小于同等条件下的晶态薄带的吸氢量且只有在673K吸氢后形成了氢化物，Zr65Al7.5Ni10Cu17.5非晶和晶态薄带吸氢后分别生成了Zr2NiH4.7和ZrH2；而Zr65Al10Ni10Cu15非晶和晶态两种薄带最后生成的氢化物同为ZrH2。     

电子束辐照诱导Al2Ni3相的析出

用４００ｋＶ透射电镜观察由Ｎ９Ｒ及２Ｈ马氏体组成的淬火Ｃｕ－１１．２Ａｌ－２．９Ｎｉ合金样品时，发现大量弥散相因电子束辐照而析出。电子衍射分析证实析出相为Ａｌ２Ｎｉ３。暗场像体视测量与高分辨显微术研究表明，辐照诱导析出不仅是表面反应。Ａｌ２Ｎｉ３粒子择优在晶体缺陷及马氏体界面处析出。延长辐照时间，析出相长大并粗化。     

Zr55Al10Ni5Cu30合金熔体与不锈钢的润湿行为

用座滴法研究了Zr55Al10Ni5Cu30合金熔体与不锈钢基片在连续升温和不同温度下保温20 min的润湿动力学,用扫描电镜观察了润湿冷凝样品的界面形貌,用能谱分析、X射线衍射等研究了界面反应,分析了Zr55-Al10Ni5Cu30与不锈钢基片之间的扩散和界面问题.结果表明:随着温度的升高,Zr55Al10Ni5Cu30与不锈钢基片之间的润湿角减小,润湿半径增大;1 223,1 273 K时等温润湿动力学分3个阶段:孕育阶段、准稳态减小阶段和趋于平衡阶段,温度高于1 323 K时润湿只有趋于平衡阶段;Zr55Al10Ni5Cu30合金与不锈钢之间的润湿为反应控制型润湿,界面处有明显的扩散层和界面反应层;合金熔体一侧含熔体与不锈钢反应生成的Cr2Zr,界面处含反应生成的Al5Cr;在制备Zr55Al10Ni5Cu30/不锈钢非晶复合材料时必须合理选择制备工艺,严格、控制界面反应.     

Mg，RE复合微合金化Ni_3Al（B）－Cr基合金的中、高温性能

研究了Ｍｇ，ＲＥ复合微合金化Ｎｉ_３Ａｌ（Ｂ）－Ｃｒ基合金（合金Ⅱ）和加Ｚｒ的Ｎｉ３Ａｌ（Ｂ）－Ｃｒ基合金（合金Ⅰ）的中、高温性能．发现加入Ｍｇ，ＲＥ仍能保持合金反常的强度－温度特性．该两种合金在中、高温下的延伸率都有缓降区．剧降区及平稳区三个阶段，分别由位错阻碍，氧扩散及氧浓度稳定三种机制控制．合金Ⅱ比合金Ⅰ在更低的温度进入塑性剧降区可能和Ｍｇ，ＲＥ在晶界偏聚促进了氧的扩散有关．     

原位合成(Al_2O_3+Al_3Ti)_P/Al复合材料的制备研究

通过对Al-TiO_2-SiO_2体系混合粉末固-液原位合成制备出了(Al_2O_3+Al_3Ti)_P/Al复合材料.利用X射线衍射仪、扫描电镜等方法观察分析了其物相和显微组织形貌.结果表明:原位反应制备的(Al_2O_3+Al_3Ti)_P/Al复合材料,金属间化合物增强相Al_3Ti均匀分布于基体,陶瓷相Al_2O_3颗粒非常细小,弥散分布于基体中,使材料的硬度等性能得到提高.