锆对无硼Ni_3Al合金组织性能的影响

一、前言 Ni_3Al由于具有一系列的优异性能而受到材料科学工作者的重视。为了克服Ni_3Al的脆性和提高其强度,人们广泛研究了合金元素在Ni_3Al中的作用。硼的微合金化可使Ni_3Al室温塑性明显提高,以致于可以成功地冷轧出薄板。锆可以明显提高Ni_3Al的屈服强度,然而锆对无硼Ni_3Al强度的影响尚无系统资料,对无硼Ni_3Al塑性影响尚不清楚,为此,本文系统地研究了Al+Zr含量分别为26,24.5和22.5at％条件下,不同Zr含量(0～2.5at％)对Ni_3Al合金在室温至85O℃高温下组织性能的影响。 二、试验方法 试验用合金采用真空钮扣非自耗炉熔炼成100g的小锭,然后制成5mm×5mm×7mm压缩试样,分别在室温,400,600,700,850℃进行压缩变形试验,用1Okg真空感应炉进行熔炼并浇注成精铸标准拉伸试样,测定室温,600℃和85O℃拉伸性能,试验合金的化学成分列于表1。用金相方法观察合金的组织,用扫描电镜检查合金压缩试样表面变形特征,裂纹情况及拉伸试样断口特征。     

金属间化合物的开发研究现状

金属间化合物的致命弱点是硬而脆,因此影响其实用化,致使其发展速度远远落后于其他金属和合金的发展。但是,自1979年日本报道了 L12型金属间化合物 Ni_3Al 多晶材料添加硼可使之室温延性化以来,许多国家,特别是美国都重新重视和加速了金属间化合物的开发研究,而且近年来与此有关的文献报道量与日俱增,专业会议的次数显著增多,且规模越来越大。脆性仍是当今金属间化合物的研究重点,基础理论研究与新材料     

Ti_3Al基和Ni_3Al基合金的裂纹扩展行为

本文研究了 Ti_3Al 基和 Ni_3Al 基合金室温下力学性能与裂纹扩展行为。研究结果表明:Ti_3Al 基合金主裂纹穿过母相,切过或绕过条状与块状α_2相,带有块状α_2组织的 Ti_3Al 基合金次生裂纹大都起始及中止于α_2相界;Ni_3Al 基合金基体可以产生交滑移,滑移线中止于第二相 NiAl 边界,最后于Ni_3Al/NiAl 相界处开裂;Ni_3Al 基合金增韧以裂纹转向与裂纹屏蔽为主,不同形态第二相对裂纹扩展阻力不同,其中长条状第二相扩展阻力大于短条状。Ti_3Al 基和 Ni_3Al 基合金裂纹扩展行为可直接与其宏观力学性能相关联。     

溅射Ni_3Al微晶涂层的抗氧化性能

研究了铸态 Ni_3Al 合金及其微晶溅射涂层在1000—1100℃下等温氧化性能及1000℃下的循环氧化性能。结果表明:铸态 Ni_3Al 合金在氧化过程中形成 Al_2O_3,NiO 和 NiAl_2O_4 的复杂氧化膜;微晶 Ni_3Al涂层在氧化过程中形成α—Al_2O_3和 NiAl_2O_4尖晶石,不含 NiO,这种氧化膜的保护作用比含 NiO 的氧化膜的保护作用好,使得其氧化增重比铸态合金小约1半。此外铸态 Ni_3Al 合金在氧化过程中沿粗大晶界发生严重的内氧化,且表面氧化膜较脆易发生剥落;微晶 Ni_3Al 涂层可以消除沿晶界的内氧化,氧化膜与基体粘附良好,未发现剥落现象。微晶化大大提高了 Ni_3Al 合金的抗氧化性能。     

溅射CoCrAlY涂层对Ni3Al金属间化合物热腐蚀抗力的影响

采用电化学方法并结合物相分析技术研究了溅射CoCrAlY涂层对Ni_3Al金属间化合物热腐蚀抗力的影响。结果表明,Ni_3Al金属间化合物的耐蚀性能极差,合金表面没有形成Al_2O_3保护膜。CoCrAlY涂层表面形成了富铝氧化膜,明显改善了Ni_3Al金属间化合物的耐蚀性能。     

硼对有序金属间化合物Ni_3Al室温力学性能及断裂行为的影响

Ni_3Al 具有 L1_2型长程有序结构,是镍基高温合金的主要强化相。由于它本身具有许多特性,如其屈服强度随温度升高反而增加、抗高温氧化性能良好、比重小等,所以很早就有人设想以 Ni_3Al 为基制作高温合金。但 Ni_3Al 的本征脆性被认为是极难克服的障     

先驱硼薄膜的质量对MgB2超导薄膜的影响

以高纯乙硼烷(B2H6)为B源,采用化学气相沉积(CVD)方法在多晶Al2O3衬底上沉积B薄膜,然后在Mg蒸气中异位退火来制备MgB2超导薄膜.通过X射线衍射和MgB2超导薄膜的电阻-温度曲线,研究了先驱硼薄膜的质量对MgB2超导薄膜的影响.     

机械化学合成Ni2Al3/Al2O3去合金化制备Raney-Ni/Al2O3复合粉体

以NiO粉和Al粉为原料,采用机械球磨诱发化学反应制备了Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体。利用X射线衍射仪(XRD)和附带能量色散谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)对复合粉体球磨过程中的固态反应过程、表面形貌进行表征。将Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体用浓度为20%的NaOH溶液腐蚀2h,可得到纳米晶结构的Ni/Al_2O_3复合粉体。利用XRD和TEM对其物相和结构进行了表征。结果表明,球磨1h后混合粉末仍为NiO粉和Al粉,球磨3h后NiO粉和Al粉在机械力的作用下反应形成Ni_2Al_3和Al_2O_3粉体,机械力诱发的NiO和Al之间的反应属于突发型反应,继续球磨10h后形成Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体。Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体在70℃、质量比为20%NaOH溶液中刻蚀2h,可获得Ni/Al_2O_3复合粉体。     

铝掺杂对硼化锆薄膜微结构及电学性能的影响

二硼化锆(ZrB₂)具有优异的电学性能、热稳定性和力学性能,广泛应用于微电子产品和高温陶瓷领域,采用元素掺杂的方法可以对其成分和微观组织结构进行调控。采用磁控共溅射技术在Si(100)基底上制备了不同Al含量的ZrB₂薄膜,利用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射和四点探针仪分析了Zr-Al-B薄膜的化学成分、微结构和电学性能。研究结果表明：铝掺杂会影响硼化锆薄膜的成分和微观结构,进一步影响其电学性能。不同Al溅射功率下制得的薄膜表面平整,结构致密且为多晶结构;随着Al/Zr原子比的增加,薄膜结构从纯ZrB2晶相转变为ZrB₂和Al₂O₃复合相;薄膜电阻率呈现先降低后上升趋势,电阻率最小为0.027Ω·cm,表明掺入少量Al可以提高硼化锆薄膜的电学性能。     

碘化亚铜微晶掺杂硼硅酸盐玻璃的制备及其电致二阶非线性光学效应

采用可分相的Na2－Al2O3－B2O3－SiO2系为基础玻璃，以CuO／SnO、NaI为原料；分别引入Cu 、I－，成功地制备出CuI微晶掺杂硼硅酸盐玻璃·通过X射线粉末衍射（XRD）和高分辨透射电镜（HRTEM）分析观察到了玻璃中的晶相及其分布；由玻璃的室温透射光谱研究了玻璃的热处理条件与光吸收性的关系．首次报道了该半导体微晶掺杂玻璃中的电致二次谐波发生，并讨论了该效应的机理．     

Tensile behaviour of polycrystalline Ni3Al intermetallic: influence of environment

Alloys based on the nickel aluminide intermetallic compound are particularly attractive for a spectrum of applications because of their high strength and resistance to oxidation. The inferior ductility of polycrystalline nickel aluminide intermetallic alloy was improved by controlled microalloying with boron. This important development has engendered considerable scientific interest in the use of this novel engineering material for temperature-critical and environment-sensitive applications. In this study, an attempt has been made to rationalize the influence of environment on the tensile behaviour of polycrystalline Ni₃Al alloy containing boron and zirconium. Slow strain tensile tests were performed on cold-deformed and annealed samples in environments of laboratory air, distilled water, and aqueous 3.5% sodium chloride solution. A comparison of the tensile properties and fracture behaviour of the polycrystalline intermetallic alloy in the different environments is made to highlight the role of environment in tensile behaviour.     

La0.67Mg0.33Ni3.0-xAlx(x=0～0.3)贮氢合金的相结构及电化学性能的研究

研究了Al元素对合金La0．67Mg0．33Ni3．0中Ni的替代对舍金的微观组织结构及电化学性能的影响。X射线衍射(XRD)分析结果表明La0．67Mg0．33Ni3．0合金由PuNi3型(La，Mg)Ni3相和Ce2Ni2型(La，Mg)2Ni7相组成，Al元素加入后，开始出现CaCu5型LaNi5相，随着Al含量的增加，LaNi5相逐渐增多，当x=0．3时，LaNi5相成为合金的主相，合金La0．67Mg0．33Ni3．0中Al的X荧光元素面分布图像表明了Al元素主要进入LaNi5相中，说明Al是一种LaNi5相形成元素；电化学测试表明，随着Al含量的增加，合金的最大放电容量依次下降，4种合金的最大放电量分别为392、324、267和252mAh／g，活化次数变化不大(2～3次即可活化)，循环稳定性先增加后下降。     

Al_(72)Ni_(12)Co_(16)/A365准晶颗粒增强铝基复合材料的制备及其力学性能

制备了增强相体积分数为5%~20%的系列Al72Ni12Co16P/A356准晶增强铝基复合材料。其中增强相Al72Ni12Co16通过将严格按化学成分配比的Al72Ni12Co16浇于水冷铜基板上激冷凝固而获得。TEM和XRD分析结果表明所获得的材料为单相准晶材料。准晶增强铝基复合材料经热挤压处理后,绝大部分的铸造缺陷被消除,力学性能测试显示当准晶相的加入量为20%时,铝基复合材料的抗拉强度、屈服强度、弹性模量等性能分别从基体材料的275 MPa、200 MPa和70 GPa提高至410 MPa、350 MPa和102 GPa,而延伸率却从6%降低至3%。分析了准晶增强铝基复合材料的断裂机制和增强机制,准晶颗粒增强铝基复合材料的断裂机制可能有如下3种:界面及其附近区域脱粘、基体在集中的滑移带内撕裂和颗粒断裂,而其增强机制主要是细晶强化、弥散强化和固溶强化。     

La-Mg-Ni基(PuNi3型)贮氢合金的微观结构与电化学性能

用铸造及快淬工艺制备了La Mg Ni 系(PuNi3 型)贮氢合金La2Mg(Ni0.85 Co0.15)9Bx(x=0、0.1、0.2),分析测试了铸态及快淬态合金的微观结构与电化学性能,研究了硼及快淬工艺对合金微观结构及电化学性能的影响。结果表明,铸态合金具有多相结构,主相包括(La, Mg)Ni3 相和LiNi5 相,残余相为一定量的LaNi2 相和微量的Ni2B相,经快淬处理后Ni2B相消失,并且其它相的相对量随淬速的变化而变化。硼的加入提高了铸态及快淬态合金的循环稳定性,但使合金的容量下降。不含硼合金的容量随淬速的增加而单调减小,含硼合金的容量随淬速变化有一个极大值。合金的循环寿命随淬速的增加而增加,铸态及快淬态合金均有优良的活化性能。     

Mo/Ni3Al复合材料的抗氧化性能的研究

本文研究了Mo/Ni₃Al复合材料的抗氧化性能.结果指出,Mo/Ni₃Al复合材料在不同温度下的氧化动力学特征服从抛物线规律.随氧化试验温度升高,氧化增重明显增加.MoO₂在高温下被氧化成MoO₃,对Mo/Ni₃Al复合材料的抗氧化性能具有不利的影响.     

Ni—Al基金属间化合物的高温腐蚀与防护

本文讨论了Ｎｉ３Ａｌ、ＮｉＡｌ基金属间化合物的高温氧化、热腐蚀行为及各种防护涂层对其氧化、热腐蚀性能的影响。     

Ductilization of Ni_3Al by Alloying with Substitutional Elements

This paper reviews recent research on ductility improvement of B-undoped Ni_3Al alloys.Ni_3Al binaryalloys with hypostoichiometric compositions show appreciable ductility at room temperature whenthe samples are prepared by recrystallization annealing after cold pressing,although the alloys withstoichiometric and hyperstoichiometric compositions remain brittle.Melt-spun ribbons withhypostoichiometric compositions contain fine anti-phase domains (APDs),while no APD can beseen in melt-spun ribbons with a hyperstoichiometric composition.The ductility inhypostoichiometric Ni_3Al alloys is associated with low ordering energy of the alloys.The addition ofternary elements,which have been classified as γ formers such as Pd,Pt,Cu,Co and Ag.improvesductility of Ni_3Al alloys.Correspondingly,the microstructure of the melt-spun ribbons consists offine APDs.The addition of γ' formers such as Si,Ti,Zr,V,Nb and Ta leads to brittle intergranular frac-ture.No APD was observed in the melt-spun ribbons of these ternary alloys.     

Correlation of the Mechanical Properties of Polycrystalline Ni_3Al Alloys with Their Electronic Structure

The electronic structure of Ni_3Al alloys with different B contents has been investigated by measuringthe positron lifetime spectra.The segregation of B atoms to defects could form strong covalentbondings with Ni and Al atoms and make the electronic structure in those locations similar to that inbulk,thus strengthen their cohesion.The interaction of B atoms,which were solid-solutioned in thecrystal lattice of Ni_3Al in a manner of occupying interstitial sites,with Ni and Al atoms resulted in theincrease of the density of valent electrons,thus increased the bonding cohesion in bulk.The im-provement of the mechanical properties of Ni_3Al alloys by B doping was due to both“grain bounda-ry effect”and“bulk effect”of B,which correlated with their electronic structure.