Ni3Al合金蜂窝的制备及微观组织演变规律

目的 研究Ni-Al扩散偶在热扩散过程中的微观组织演变规律,提出Ni3Al合金蜂窝形成的模型.方法 采用电镀技术在易加工的Al蜂窝表面电镀一定厚度的Ni,研究热扩散温度和时间对Ni-Al扩散偶组织结构的影响.采用X射线衍射仪对Ni-Al扩散偶进行物相分析;通过扫描电镜技术对Ni-Al扩散偶截面进行形貌及能谱分析,推测微观组织演变规律.结果 热扩散温度为500℃时,随着热扩散时间的延长,Ni-Al界面处首先出现NiAl3,然后消失,最终形成以Ni2Al3为扩散层主体、NiAl和Ni3Al为过渡层的多层实心结构;热扩散温度为700、1100℃时,Ni-Al扩散偶会分别形成以Ni2Al3、NiAl为内芯,纯Ni为外壳,并以NiAl、Ni3Al薄层过渡的多层中空结构;热扩散温度为1300℃时,随着扩散时间的延长,Al相夹心层从Al、NiAl3、Ni2Al3三相混合结构依次转化为成分均一的单相Ni2Al3和NiAl结构,扩散时间继续延长,Ni层随之耗尽,Ni-Al扩散偶最终形成以γ′-Ni3Al为强化相的Ni-Al合金.结论 Ni-Al固相扩散反应过程中,随热处理温度的提升,Al原子发生了明显的外扩散.Ni-Al液固扩散反应过程中,随热处理时间的延长,Ni原子发生了明显的内扩散.在1300℃热扩散1 h的条件下,能成功制备Ni3Al基合金蜂窝壁.     

Ni-Al扩散界面及反应层生长动力学研究

采用电镀法制备Ni-Al扩散偶,研究了Ni-Al扩散界面处中间相的形成及其生长动力学。结果表明,扩散偶界面处形成的中间相为NiAl3相和Ni2Al3相。Ni2Al3相的生长符合抛物线长大规律,受体扩散控制,NiAl3相的生长受晶界扩散和体扩散的控制。Ni2Al3的生长激活能Q=(155.6±4.05)kJ/mol,生长常数k0为5.23×10-4m2·s-1。     

Ni-Al系金属间化合物价电子结构计算及界面反应预测

应用固体与分子经验电子理论,计算了Ni-Al系各相的价电子结构和理论结合能,并应用理论结合能值进一步计算了各相的反应生成焓,通过各相生成焓的比较对界面反应生成相进行了预测。Ni、Al、Ni3Al、Ni5Al3、NiAl、Ni2Al3和NiAl3的结合能计算值分别为427.44,324.58,441.11,440.10,435.51,432.66,395.05 kJ/mol,与实验值吻合良好。在Ni/Al界面,Ni2Al3相的生成焓最小,保温过程中,Ni2Al3相将最先析出。随后,NiAl相将在Ni2Al3/Ni的界面形成,而Ni3Al相将在NiAl/Ni的界面形成。在NiAl/Ni3Al界面,Ni5Al3生成焓绝对值较小,需要在较高温度下保温较长时间才可能形成。界面反应生成相预测结果与实验结果吻合。     

双丝电弧喷涂Ni-Al复合涂层热处理组织及性能

采用双丝电弧喷涂在6061-T6铝合金基体上制备Ni-5Al（质量分数,%）为底层,Ni-20Al（质量分数,%）为面层的Ni-Al复合涂层。Ni-Al涂层经400-550℃/4-48 h热处理后,采用SEM,XRD,EDS和TEM对涂层的显微结构进行了表征,并分析了不同热处理工艺对Ni-Al涂层显微组织和相结构的影响,讨论了涂层与铝合金基体界面反应机理,以及基体和涂层之间的界面元素扩散行为。结果表明,热处理后的涂层相组成变化较小,涂层/基体界面发生扩散,形成金属间化合物NiAl3。随着热处理温度升高和时间的延长,在NiAl3相和涂层之间形成Ni2Al3相,同时界面扩散区逐渐增厚,该过程由铝原子的扩散所控制。热处理后的TEM分析表明,涂层中存在NiAl3、Ni2Al3及Ni的退火孪晶相。Ni-Al涂层随着热处理温度升高和时间的延长,涂层与基体的结合强度略有升高,同时涂层具有较强的抗氧化性能。     

不同加热环境下钛表面Ni/Al涂层制备与高温氧化性

目的 研究大气与真空加热处理后Ni/Al涂层的金属间化合物析出规律,以及扩散层的生长速度,从而确定涂层的抗氧化性能。方法 分别采用电弧喷涂技术和等离子喷涂技术在纯钛基体表面制备Ni/Al涂层。将样品分别在大气条件和真空条件下进行加热处理,使Ni/Al涂层原位反应生成Ni-Al金属间化合物,并进行涂层抗氧化性试验。结果 Ni/Al涂层在大气环境700 ℃加热处理后,形成以Al2O3、Ni2Al3和富Al相NiAl3相为主的扩散层;在真空环境700 ℃加热处理后,形成以Ni2Al3、NiAl3相为主的扩散层。通过扩散反应动力学分析发现,真空热处理比大气热处理后Ni和Al之间的反应扩散系数更高,扩散系数为89.731 μm²/h。氧化增重试验表明,真空处理后,Ni/Al涂层由于金属间化合物层较厚,且具有大量的高熔点的Ni2Al3相,并且经过800 ℃下氧化200 h后,涂层未发生失效。结论 真空环境下加热处理原位反应后,Ni/Al复合涂层的扩散速率更高,更容易形成Ni-Al金属间化合物,获得更厚的金属间化合物层。与大气热处理相比,经过真空热处理后的涂层有更良好的抗高温氧化能力。     

Al/Ti液/固界面扩散溶解层形成机制及生长规律

采用镶嵌式扩散偶技术制备Al/Ti扩散偶,在Al熔点以上Ti熔点以下进行扩散热处理,研究Al/Ti液/固界面扩散溶解层的组织结构演变、形成机制及生长规律。实验结果表明,热处理后的扩散溶解层为TiAl3颗粒 和含少量Ti的铝基固溶体的混合组织;TiAl3相是热处理过程中最先出现也是唯一出现的新生相;扩散溶解层的生长机制和生长方向随热处理时间的延长发生了改变,在热处理开始后一段时间,扩散溶解层的生长受化学反应速度控制,与保温时间呈线性关系,之后,转变为受扩散控制,与保温时间呈抛物线关系,扩散溶解层的生长方向也由Ti基侧转变为Al基侧;扩散溶解层的厚度与热处理温度呈指数关系。     

热处理时间对摩擦挤压合金化Ni-Al金属间化合物微结构的影响

摩擦挤压合金化方法是制备Ni-Al材料的一种新固态合金化法,但这种方法制备得到的材料组织在稳定性、均匀性和致密性等都存在不足,本文通过研究热处理保温时间,来优化与改善它的组织结构。通过X射线衍射仪、电子显微镜和扫描电镜及能谱分析Ni-Al材料的组织微结构。结果表明:热处理保温时间对摩擦挤压Ni-Al材料的合金化是有益的。在550℃温度下,随着保温时间从3 h到5 h,最后延长至7 h后,Ni-Al材料组织中悬浮的Ni粉末从大团聚到弥散分布,最后消散形成Ni块,并与Al基体在两者界面处形成一层固溶区;另一方面,Ni-Al材料物相由单质Ni和Al到过渡相Al4Ni3,最后形成亚稳相Al3Ni。     

钛表面Al/NiCr复合涂层改性反应机理及抗氧化性能

目的 使Al/NiCr复合涂层之间发生改性反应,并原位生成具有一定抗氧化性能的Ni-Al金属间化合物防护涂层。方法 利用电弧喷涂结合等离子喷涂的工艺方法在工业纯钛表面制备了Al/NiCr组合涂层,对喷涂态Al/NiCr/Ti试件于炉中进行700 ℃加热改性处理,研究了加热改性处理前后涂层的微观组织形貌及Ni-Al金属间化合物的形成机理。此外,还对经加热和打磨处理后的Al/NiCr/Ti试件及无防护涂层的Ti块进行了800 ℃/100 h的高温氧化试验。结果 Ti基体表面Al/NiCr涂层经700 ℃炉中加热改性处理后,Al、NiCr涂层之间发生改性反应,并原位生成了固溶有一定Cr元素的Ni2Al3及NiAl金属间化合物。另外,在整个Al、NiCr扩散反应区中,弥散分布有Al液和Cr2O3、NiO组成的混合物组织。但是生成的Ni2Al3相金属间化合物有熔化现象发生,只有高熔点的NiAl金属间化合物能够稳定存在。结论 经改性反应所得的NiAl金属间化合物层对Ti基体起到了较好的高温防护作用。     

6061铝基体上镍涂层热处理过程中Ni-Al金属间化合物的形成机理(英文)

采用电沉积方法在Al基体上沉积Ni制备Ni-Al扩散偶,并研究扩散偶中Al3Ni和Al3Ni2的形成机理和生长动力学。在6061铝基体上采用直流电沉积方法制备20μm厚的Ni涂层。然后在Ar气气氛下,样品在450,500和550°C下热处理不同时间。采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对金属间化合物进行表征。结果表明,Ni-Al金属间化合物的形成可分为两个重要步骤。首先,金属间化合物在不同位置侧面生长,形成连续金属间化合物层;其次,连续金属间化合物层在垂直于界面方向继续生长。随着金属间化合物厚度的增长,Al3Ni和Al3Ni2等反应产物将与基体发生分离。Al是Al3Ni生长的主要扩散元素,而Ni是Al3Ni2生长的主要扩散元素。Al3Ni和Al3Ni2相的生长动力学遵循抛物线方程。     

扩散连接条件下Al2O3纤维与Ni25.8Al9.6Ta8.3Cr基体的界面结构及稳定性（英文）

在1200-1400°C下采用热压扩散的方法制备BN包覆Al2O3纤维增强NiAl基复合材料,利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究其界面的显微结构和化学热稳定性。结果表明,在BN层与Ni25.8Al9.6Ta8.3的界面处发生了元素的扩散并伴随有复杂的化学反应发生。在NiAl和BN界面形成了连续的AlN层,Cr原子扩散到BN层中与B发生反应生成Cr5B3,还有小量的富Ta相在近NiAl侧界面处生成。