TiAl金属间化合物的超塑性研究

总结和评价了ＴｉＡｌ金属间化合物超塑性研究的进展情况，针对已取得成果和研究中存在的问题，对ＴｉＡｌ合金超塑性的进一步研究提出了了一些看法和作了展望。     

单相组织金属间化合物的超塑性行为

在一定条件下具有单相微观组织的L12型[Ni3Al,Ni3(Si,Ti),Co3Ti],L10型（TiAl)和B2型（FeAl,Fe3Al,NiAl)金属间化合物均表现出超塑性行为。其中,L12型和L10型金属间化合物的超塑性变形机制为晶界的滑移,而B2型金属间化合物的超塑性变形则来自于变形过程中发生的动态回复及再结晶,超塑性变形机制的多样性是由于金属间化合物在微观组织及位错结构上（如反向畴界能,层错能和化学成分差异,超位错及界面位错等）比普通金属合金要复杂得多。     

γ＋β两相TiAl化合物的超塑性

γ-TiAl金属间化合物重量轻,高温强度及抗蠕变性能好,是有希望的高温结构材料,但其低温塑性差,难加工成型,是当前急需研究解决的问题之一.超塑成型是加工成型这类材料的常用手段.γ-TiAl金属间化合物晶粒细化也是超塑成型的重要条件.γ-TiAl中混有α2相可使其组织细化,从而实现超塑成型.热加工时,α或β等高温相可能同时存在,特别是β相具有高变形能力,这样的混合组织是更有利于加工变形的,所以向γ-TiAl化合物中添加铬,可使其合金含有β相,从而产生了超塑性现象.     

NiAl金属间化合物的研究进展

对NiAl金属间化合物的国内外研究现状如改善NiAl合金力学性能和高温抗氧化性能等所 采用的合金化、制备多相合金、制备复合材料、定向凝固、机械合金化、热压及热等静压、燃烧合成、 微晶涂层等工艺以及NiAl合金的超塑性行为进行了系统综述,着重介绍并论述了合金化及定向 凝固等工艺。此外,还介绍了NiAl合金的固溶强化磁行为。     

金属间化合物Fe_3Al-Ti的高温变形及断裂

文章研究了Ｆｅ３Ａｌ 基合金Ｆｅ２８Ａｌ４Ｔｉ（ 原子百分比） 的高温变形及断裂行为,发现该合金在６５０ ～７５０ ℃温度区间显示出明显的超塑性变形,表观激活能显著低于Ｆｅ３Ａｌ 基合金的蠕变激活能,但高于含Ｔｉ 量低的Ｆｅ２８Ａｌ２Ｔｉ 合金的超塑性变形表观激活能,ＳＥＭ 观察表明断裂以韧窝型断裂方式进行     

工业硅中金属间化合物

工业硅是在工业电炉内由石英和不同的炭质还原剂生产的．含有高达１％金属杂质。这些金属杂质就是聚集在晶粒边界的硅的化合物，在凝固期间在工业硅中形成的沉淀物。用具有波长色散的Ｘ射线分析扫描电子显微镜，我们鉴定了多达十种二元、三元、四元甚至多元化合物。用这种方法研究了富硅区金属间化合物的物理和化学性质。它们是Ｓｉ２Ｃａ、Ｓｉ２Ａｌ２Ｃａ、Ｓｉ８Ａｌ６Ｆｅ４Ｃａ、Ｓｉ２ＦｅＴｉ，Ｓｉ７Ａｌ８Ｆｅ５、Ｓｉ２Ａｌ３Ｆｅ和Ｓｉ２Ｆｅ（Ａｌ）。根据含有杂质的比例，我们确定了工业硅中每种化合物在给定的冷却条件下存在的区域，计算了平衡相图，以了解固化机理。一些实验表明，计算值和实验值吻合良好。为了确定硅的一个较好的生产方法，我们探讨了金属间化合物在氯甲基化反应上的影响。实验数据显示了冷却条件在金属间化合物稳定性方面的响响。例如，硅在９００℃缓冷，按照反应３Ｓｉ２Ａｌ２Ｃａ＋４Ｓｉ２Ｆｅ→４Ｓｉ２Ａｌ６Ｆｅ４Ｃａ＋２Ｓｉ２Ｃａ＋２Ｓｉ则四元金属间化合物Ｓｉ８Ａｌ６Ｆｅ４Ｃａ大量增加，而三元化合物消失。相图和不平衡反应知识加深了对固化机理以及各种组分和冷却条件下硅的行为的了解．硅的结构和控制结构的参数知识使人们了解硅的特点和改变它的     

用SHS工艺合成TiAl,TiNi,Nial金属间化合物

用自蔓延高温合成技术的热爆模式制备了ＴｉＡｌ、ＴｉＮｉ和ＮｉＡｌ金属间化合物。研究了合成产物的形态及相组成，ＴｉＡｌ和ＮｉＡｌ系得到了铸态的组织，相组成为单一的ＴｉＮｉ相和ＮｉＡｌ相。ＴｉＡｌ系的产物形态为疏松的多孔体，由ＴｉＡｌ３、ＴｉＡｌ和Ｔｉ３Ａｌ三种相组成，获得的合成粉末颗粒尺寸比原料粉末小一个数量级。     

磷对NiAl超塑性行为的影响

研究了磷对NiAl超塑性变形的影响.结果表明,磷在晶界的偏聚对NiAl的超塑性变形有重要影响.磷的偏聚阻碍了合金变形过程中的动态回复和动态再结晶,加剧了晶界处孔洞的形成,从而造成了NiAl-P合金较长的加工硬化阶段以及最大伸长率下降、变形激活能升高、应变速率敏感指数减小.因此,磷对NiAl的超塑性变形有害.     

NiAl/TiC金属陶瓷的燃烧合成

对Ni-Al-Ti-C燃烧合成体系进行热力学计算,并运用热力学原理分析该燃烧合成体系的平衡产物相.计算结果表明,Ni-Al-Ti-C燃烧合成体系的绝热燃烧温度为1 911 K,燃烧合成平衡相为NiAl和TiC.燃烧合成产物经XRD分析与热力学分析结果相吻合,说明该燃烧合成反应进行的较为彻底,证实热力学分析结果可信.原位合成NiAl/TiC复合材料中,NiAl基体出现了明显熔化特征,TiC颗粒在基体中分布不均匀.     

化学计量比对NiAl-Mo(Nb)金属间化合物显微组织和力学性能的影响

Ni-30Al-8Mo-2Nb合金由NiAl、Mo和少量的Ni3Al相组成树枝晶.Ni-40Al-8Mo-2Nb合金由NiAl和Mo两相组成树枝晶.Ni-50Al-8Mo-2Nb合金由NiAl、Mo和少量NiAlNb(Laves)相组成不规则的树枝晶.在3种合金中,NiAlNb(Laves)相只存在于富Al的合金中.Ni-40Al-8Mo-2Nb合金的压缩屈服强度高于Ni-30Al-8Mo-2Nb合金的压缩屈服强度,而且在低温或高应变速率时强度差异更大.Ni-30Al-8Mo-2Nb和Ni-40Al-8Mo-2Nb合金的峰值应力的变化规律与压缩屈服强度的变化规律一致.透射电镜观察表明,Ni-40Al-8Mo-2Nb合金的高温变形行为受动态回复和动态再结晶所控制.     

High Temperature Materials Based on the Intermetallic Compound NiAl Reinforced by Refractory Metals for Advanced Energy Conversion Technologies

Advanced NiAl‐based high temperature materials are developed and characterized for structural applications in energy conversion systems. The intermetallic compound NiAl with B2 superlattice structure exhibits superior physical and high temperature mechanical properties, and excellent oxidation resistance. Disadvantages of polycrystalline pure NiAl are the lack in plasticity and fracture toughness at room temperature and insufficient high temperature strength at temperatures above 800 °C. The refractory metals Cr, Mo, and Re form with NiAl quasi‐binary eutectic systems which enable to produce metal fibres reinforced NiAl‐based alloys in the as‐cast condition and by performing directional solidification. These in‐situ composites show fine‐grained and thermally stable microstructures possessing high temperature strength, superior creep resistance and sufficient room temperature ductility.     

合金化元素对NiAl电子结构的影响

 运用基于密度泛函理论的离散变分法研究了NiAl晶体及加入合金化元素钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜以及锌后的电子结构。通过对NiAl和合金化元素的密立根轨道集居数、差分电荷密度、态密度以及体系结合能的分析,从微观电子结构角度探讨了其合金化的作用。结果表明,铁、钴、镍有助于NiAl晶体塑性的改善。     

纳米NiAl2O4/Al2O3复合粉末的制备新工艺

本研究采用高温氧化的方法制备出纳米NiAl2O4／Al2O3粉体。在纳米Al2O3粉体表面包覆一层金属Ni，在1350℃高温下焙烧Ni／Al2O3复合粉体得到纳米NiAl204／Al2O3粉体。利用TEM对Ni／Al2O3复合粉体进行观察，发现Ni／Al2O3复合粉体颗粒成球形，大小为50～60nm；通过对Ni／Al2O3复合粉体的DTA析，显示Ni／Al2O3复合粉体在900℃和1300℃下有新相生成，经XRD检测，新相分别为NiO和NiAl2O4。     

NiAl/Cr(Mo)-Hf 合金的高温变形行为

研究了铸造及热等静压 (HIP)处理后的两种NiAl/Cr(Mo) Hf合金的微观组织 ,分析发现合金主要由NiAl相和Cr(Mo)相以及铪固溶体和Heusler相组成。对合金的高温变形行为和断裂特征进行研究 ,结果表明该合金具有良好的高温压缩性能 ,并运用线性回归方法计算了应力指数n和变形激活能Q。     

原位合成NiAl(FeAl)/TiB_2+Al_2O_3复合材料

Al2O3+TiB2复相陶瓷材料具有高硬度、高熔点、高导热、低膨胀系数、高耐磨性、高温化学稳定性等优良的性能,但由于两种材料都属于硬而脆的材料,复合后仍然存在脆性大、裂纹敏感性强、抗机械冲击性和温度急变形差等缺点.为了克服这些缺点,在陶瓷相中添加金属间化合物(NiAl或FeAl).X射线衍射结果表明,合成产物的主要组成相分别为Al2O3+TiB2、Al2O3+TiB2+NiAl及Al2O3+TiB2+FeAl,进行燃烧合成反应.通过对不同成分反应产物的相对密度、强度、断裂韧度对比,可知产物的相对密度在FeAl含量为15%时达到最高99.5%,Al2O3+TiB2+NiAl体系中在NiAl含量为20%时达到最高98.5%.随着金属间化合物含量的增加,合成复合材料的硬度下降,而断裂韧度提高.     

Hot corrosion behavior of Cr-modified NiAl coatings on 310 stainless steel produced by a gas tungsten arc cladding process

The microstructure and hot corrosion behavior of Ni/Al–Cr composite claddings produced by gas tungsten arc welding (GTAW) on a 310 stainless steel substrate were studied. The phase analyses and the microstructure of the cladding layers were evaluated using optical microscopy, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy. The influence of Cr addition (0, 5, 10 at% Cr) on the microstructure and hot corrosion behavior of the NiAl coatings was assessed. The cyclic hot corrosion behavior of the base metal and different claddings was investigated at 900°C and in static air, with a 2–3?mg/cm² Na₂SO₄–10%NaCl (wt%). It was found that a dendritic microstructure was formed on the clad surfaces. The results of the XRD analyses indicated that a NiAl phase was synthesized in situ during GTAW cladding and the presence of Cr reduced the intensity of diffraction peaks of NiAl. Hot corrosion experiments also revealed that the addition of Cr had a crucial influence on the hot corrosion behavior of NiAl coatings. It was found that the larger the amount of Cr, the superior the resistance of the coatings to hot corrosion. This improvement was attributed to the formation of Al₂O₃ as a protective oxide layer, as evidenced by XRD patterns. However, the iron containing phases produced as a result of interactions with the substrate were found to be a detrimental factor influencing the corrosion properties of different cladded layers.     

Mechanism of Diffusion in Intermetallic Compounds

In a previous paper appearing in this journal (Tiwari and Mehrotra, Metall. Mater. Trans. A, vol. 43A, 2012, pp. 3654–62), the present authors advanced the hypothesis that the six-jump vacancy cycle, triple-defect mechanism, and antistructure bridge mechanism cannot explain the incidence of Kirkendall effect in B2 intermetallic compounds and hence their suitability as the operative mode of diffusion in these systems rests on dubious foundation. In the preceding contribution, Belova and Murch (BM) contested our hypothesis. This article is a reply to the BM’s critique of our paper.