Pt+γ′-Ni_3Al+γ-Ni/CMSX-4涂层结构的透射电镜研究

通过在CMSX-4镍基单晶高温合金表面镀Pt然后采用包埋渗铝的方法成功制备Pt改性的Pt+γ′-Ni3Al+γ-Ni/CMSX-4涂层,采用扫描电镜和透射电镜研究Pt+γ′-Ni3Al+γ-Ni/CMSX-4涂层的微观结构。TEM分析表明Pt主要分布于涂层γ′-Ni3Al相中,且涂层γ′-Ni3Al相里存在{111}孪晶;此外涂层内还发现六方结构富铼的拓扑密堆相(μ相),点阵常数为a=0.473nm和c=2.565nm,首次发现μ相内除了(001)孪晶外还存在(102)孪晶;探讨μ相和孪晶的形成机制。     

Pt+Hf改性的γ-Ni+γ′-Ni3Al涂层结构及其抗氧化性能研究

通过包埋Al-Hf共渗在高温合金DZ417G表面制备出Pt+Hf共同改性的γ-Ni+γ′-Ni3Al涂层。Al-Hf共渗过程中,Hf含量不同,涂层表面形成的相结构也不同。当渗剂中Hf含量为2%时(质量分数,下同),涂层呈γ-Ni+γ′-Ni3Al结构;渗剂中Hf含量为6%时,涂层相结构为?-NiAl+Al16Hf6Ni7;而当Hf含量达到12%时,涂层相结构为Al16Hf6Ni7。随着后续热处理的进行,β-NiAl+Al16Hf6Ni7涂层的相结构转变为γ-Ni+γ′-Ni3Al;Al16Hf6Ni7涂层转变为γ-Ni+γ′-Ni3Al+Al3HfNi12结构。1100℃的等温氧化实验表明,经过10 h氧化,高温合金基体表面已经出现了脱落;而渗剂中Hf含量为2%时形成的Pt+Hf改性的γ-Ni+γ′-Ni3Al涂层经过30 h氧化后,其表面依然完整。与单纯的Pt改性的γ-Ni+γ′-Ni3Al涂层相比,Pt+Hf共同改性的γ-Ni+γ′-Ni3Al涂层由于适量活性元素Hf的加入,其抗氧化性能得到了提高。     

CMSX-4合金单渗Al和Pt-Al涂层的高温氧化

研究了CMSX-4 Ni基高温合金的单渗Al和Pt改性渗Al涂层在1100℃空气中的氧化行为.Pt的存在,通过阻止合金元素穿过Al2O3膜向外扩散,改善Al2O3膜与基体的结合力,抑制γ-Ni3Al相的形成,推迟涂层的高温退化,同时讨论Pt的作用机制.     

Re与Ru合金化对Ni/Ni3Al相界电子结构影响的第一原理研究

采用第一原理赝势平面波方法研究了Re与Ru合金化前γ-Ni/γ'-Ni3Al相界的电子与能态结构.断裂功计算结果显示:Re置换γ-Ni相区中的Ni或Ru置换γ'-Ni3Al相区中的Al,均可提高Ni/Ni3Al相界的断裂强度;Re与Ru在相界区复合合金化时,当Re与Ru分别占据共格(002)γ/γ'原子层邻近(001)γ原子层上的Ni原子位与(001)γ'原子层上的Al原子位时,γ-Ni/γ'-Ni3Al相界的断裂强度可进一步提高,若其中的Ru置换γ'-Ni3Al相区内层Al,刚复合合金化Ni/Ni3Al相界的断裂强度不仅没有提高,反而比Ru单独合金化时Ni/Ni3Al相界的断裂强度还低.电子态密度与电子密度分布图的分析表明:Re与Ru合金化对γ-Ni/γ'-Ni3Al相界断裂强度的影响可归因于Re和Ru与其最近邻Ni原子间强烈的电子相互作用引起的相界区域层间原子成键相互作用的改变.     

N在γ-Ni/γ′-Ni3Al相界区域的占位趋势与脆化作用

采用第一原理赝势平面波方法研究迹量元素N在γ-Ni/γ′-Ni3Al相界区域的占位趋势及其对相界断裂强度的影响。结果显示:以气态形式存在的N不易掺杂到Ni/Ni3Al相界,而以固态形式存在的N则很容易被掺进Ni/Ni3Al相界;N在Ni/Ni3Al相界中不仅能稳定存在,而且掺杂到八面体间隙比置换其中的基体原子具有更高的形成能力与结构稳定性;N掺杂将削弱Ni/Ni3Al相界的断裂强度,其中尤以间隙位掺杂最为明显。电子结构分析表明:置换型掺杂时,相界断裂强度的降低可归结为Frenkel缺陷导致的掺杂相界层间电子相互作用的减弱;而间隙位掺杂,除了基体原子间电子相互作用因掺杂原子与基体原子间的强相互作用而减弱外,晶格畸变导致的局域弹性应变能增加也是一个重要的原因。     

添加固体润滑剂WS_2的钛合金激光熔覆高温耐磨复合涂层组织与耐磨性

为提高钛合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金表面制备了γ-Ni Cr Al Ti/Ti C与γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS复合涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪分析了涂层的物相和显微组织,在球-盘式高温摩擦磨损试验机上测试了不同温度下(室温、300℃、600℃)复合涂层的摩擦学性能。结果表明:激光熔覆的复合涂层与基体呈冶金结合,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C复合涂层主要由硬质相Ti C和γ-Ni Cr Al Ti固溶体组成;γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS复合涂层主要是由硬质Ti C和Ti WC2为耐磨增强相、γ-Ni Cr Al Ti为增韧相、Ti2CS和Cr S金属硫化物为自润滑相组成的高温自润滑耐磨复合涂层。γ-Ni Cr Al Ti/Ti C和γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS复合涂层的摩擦系数在实验温度下都远低于Ti6Al4V基体;γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS表现出良好的高温自润滑减摩性能。     

Ni-Al基涂层制备工艺及其抗氧化性能

通过调整固体粉末渗铝法工艺在镍基高温合金DZ417G基体上制备了Ni-Al二元成分区间内组织可控的γ′-Ni3Al、γ′-Ni3Al+β-NiAl、β-NiAl、β-NiAl+δ-Ni2Al3和δ-Ni2Al3涂层,采用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜对涂层的结构、断面形貌以及高温氧化后的表面形貌进行观察和分析。900℃和1 100℃空气恒温氧化实验结果表明:涂层能显著提高材料的抗氧化性能,在涂层厚度相同的情况下,NiAl涂层抗氧化性能最好。     

一种新型镍基变形高温合金“孪晶+γ′相”组织调控及高温力学性能研究

本研究采用形变热处理的方法在新型镍基变形高温合金中构筑了“孪晶+γ’相”复合结构，并结合EBSD和SEM表征技术探讨了孪晶与γ’相的演变规律。同时，研究了合金在760℃下的高温力学性能。结果表明，“孪晶+γ’相”复合结构可以有效改善合金的高温力学性能，且随着退火孪晶长度分数的增加，孪晶片层厚度增加，材料的高温强度呈降低的趋势；当轧制态合金（ε=68%）在1120℃退火15 min并进行双级时效处理（650℃/24 h/AC和760℃/16 h/AC）后，“孪晶+γ’相”复合结构中退火孪晶的长度分数为25.38%,γ’相的平均尺寸为32.21nm，此时，合金的屈服强度从固溶态的775 MPa提高到了1184 MPa，断后伸长率从3.18%提高到了18.96%。通过构筑“孪晶+γ’相”复合结构可以有效提高高温合金的高温力学性能，这为高温力学性能的提升提供了一种新策略。     

“γ′相+孪晶”复合结构对高温合金强度及塑性的影响

本文通过调控低合金化、低层错能的Ni-Cr-Co基变形高温合金的“γ′相+孪晶”复合结构,分析了孪晶界对晶粒细化和强度提高的贡献以及复合结构对合金强塑性的影响。结果表明,合金在1090 ℃保温1 h的固溶处理后,锻态组织中粗大块状γ′相基本溶解,且此时组织中的孪晶含量高达51.65%。固溶态合金伸长率(42.9%)相比于锻态(26.8%)提升了63.6%,屈服强度为693 MPa(相比于锻态仅下降了3%),其中σ _tb=66.98 MPa,其贡献度基本和细晶强化的程度(77.4 MPa)持平。将固溶态合金经700 ℃/8 h/AC处理后的时效态合金孪晶含量为34.41%,同时组织引入大量沉淀强化相γ′相,构成“γ′相+孪晶”复合结构,此时时效态合金硬度、抗拉强度、屈服强度与伸长率(405 Hv,1042 MPa,864 MPa,49.76%)相较于固溶态(324.4 Hv,879 MPa,693 MPa ,42.9%,)均得到进一步提高,其中σ _tb=107.94 MPa。低合金化、低层错能的高温合金中的“γ′相+孪晶”复合结构实现了一定的强塑性匹配。     

微弧火花沉积3种不同MCrAlY涂层的组织与性能评价（英文）

应用微弧火花沉积工艺(ESD)制备了3种不同Al含量(5%,8%,12%)的MCrAlY涂层,并采用SEM和XRD比较研究了显微组织和高温氧化行为。结果表明:随Al含量的增加,涂层的相组成由γ-Ni固溶体变成γ-Ni+β-Ni Al亚共晶,再变成γ-Ni+β-Ni Al过共晶,而相应的凝固组织也由胞状结构团簇变成胞状枝晶再变成带有二次枝晶臂的粗大枝晶。当暴露在1000°C下时,Al含量越高,涂层形成θ-Al2O3的趋势越明显。当氧化时间达到100 h后,所有涂层表面都生成致密且结合良好的α-Al_2O_3氧化层,但当Al含量升高,α-Al_2O_3氧化层厚度和残余θ-Al_2O_3含量都随之增加。     

N在γ-Ni/γ'-Ni3Al相界区域的占位趋势与脆化作用

采用第一原理赝势平面波方法研究迹量元素N在γ-Ni/γ’-Ni3Al相界区域的占位趋势及其对相界断裂强度的影响.结果显示:以气态形式存在的N不易掺杂到Ni/Ni3Al相界,而以固态形式存在的N则很容易被掺进Ni/Ni3Al相界;N在Ni/Ni3Al相界中不仅能稳定存在,而且掺杂到八面体间隙比置换其中的基体原子具有更高的形成能力与结构稳定性;N掺杂将削弱Ni/Ni3Al相界的断裂强度,其中尤以间隙位掺杂最为明显.电子结构分析表明:置换型掺杂时,相界断裂强度的降低可归结为Frenkel缺陷导致的掺杂相界层间电子相互作用的减弱;而间隙位掺杂,除了基体原子间电子相互作用因掺杂原子与基体原子间的强相互作用而减弱外,晶格畸变导致的局域弹性应变能增加也是一个重要的原因.     

某重型燃气轮机涡轮叶片表面开裂分析

目的 探究某重型燃气轮机涡轮叶片服役过程中表面裂纹的形成原因。方法 利用场发射扫描电子显微镜及能谱仪确定开裂叶片裂纹周围的显微组织及元素分布情况,揭示高温氧化导致的涂层外表面及涂层/叶片基体界面处的组织演变规律。结果 此叶片经高温长时间服役后,表面未发现热障涂层,抗氧化涂层是NiCoCrAlY涂层,主要显微组织为γ-Ni相+β-NiAl相;叶片基体材质为GTD-111镍基高温合金,主要显微组织为γ-Ni相+γ’-Ni₃(Al, Ti)相及γ/γ’共晶组织和块状(Ti, Ta)C碳化物。表面裂纹主要集中于叶身与叶根的过渡平台位置。涂层内部、裂纹周围及涂层/叶片基体界面处均发现明显的金属氧化现象,氧化产物主要为金属Al和Cr的氧化物。高温服役环境下,铝元素的氧化导致涂层外表面的β-NiAl相及涂层/叶片基体界面位置的γ’-Ni₃(Al, Ti)相向γ-Ni相转变,导致上述2位置的弱化。此外,截面形貌表明,在涂层表面位置,裂纹与凹坑相连接,并呈现向涂层内部扩展的态势,局部位置已贯穿抗氧化涂层,并扩展进入叶片基体。结论 由于高温氧化导致涂层表面Al含...     

Ru合金化Ni/Ni3Al相界断裂功的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法计算了Ru合金化前后γ-Ni／γ＇-Ni3Al相界的电子与能态结构,并比较强化元素Ru分别占据不同亚点阵位时对相界断裂强度的影响。结果表明：Ru置换Ni／Ni3AI相界区域中的Ni或Al原子,都可明显提高Ni／Ni3Al相界的断裂强度;尤其以Ru置换γ-Ni／γ＇-Ni3Al相界界面层的Al原子时,对相界的强化效果最好。电子态密度与电子密度分布图的分析结果显示：Ru合金化对γ-Ni／γ＇-Ni3Al相界的强化可归因于Ru与其最近邻Ni原子间强烈的电子相互作用引起的相界区域层间原子价键强度的增强。     

爆炸喷涂NiCrAlTaY涂层的微观组织分析

采用爆炸喷涂工艺在单晶镍基高温合金上制备NiCrAlTaY抗氧化防护涂层。借助XRD，SEM和EDS等技术对涂层的组织结构、表面硬度与粘结强度进行分析。结果显示：涂层由γ-Ni,γ′-Ni3Al,β-NiAl和喷涂过程中的氧化产物α－Al2O3组成。涂层呈典型的扁片层状结构，片层中存在柱状晶组织，层与层之间结合紧密，α-Al2O3夹在片层间。涂层内的孔洞残留有空气。涂层的显微硬度大，涂层／基体界面咬合紧密，结合力强。     

热等静压处理对K439B高温合金显微组织的影响

对K439B合金进行了1165 ℃/150 MPa,4 h热等静压处理,采用光学显微镜和扫描电镜对比研究了铸态和热等静压态K439B合金的显微组织。结果表明:铸态K439B合金存在0.25%的显微疏松,热等静压后显微疏松基本消除(0.013%)。与铸态相比,经过热等静压处理后合金中的γ/γ′共晶组织体积分数和尺寸减小,各元素分布更加均匀,凝固偏析系数均更接近1。铸态K439B合金枝晶干处γ′相尺寸和体积分数分别是116.9 nm和17.8%,枝晶间部位γ′相尺寸和体积分数分别为244.4 nm和24.9%。热等静压后合金枝晶干部位的γ′相尺寸及体积分数分别为148.0 nm和17.5%,枝晶间部位γ′相尺寸和体积分数分别为159.1 nm和22.8%。热等静压处理使合金枝晶干、枝晶间部位的γ′相尺寸、体积分数和形貌接近,同时γ′相分布变得均匀。     

原子密排程度对单晶高温合金组织的影响

采用籽晶法制备了SRR99镍基单晶高温合金,研究最不密排(110)晶面、次密排(100)晶面和最密排(111)晶面的组织结构。结果发现,3个晶面的枝晶形貌和γ′相形貌都明显不同,共晶组织和碳化物差异不明显。对于3个晶面的枝晶形貌,(100)晶面的枝晶为对称的“+”型,(110)晶面的枝晶为不对称的“+”型,(111)晶面的枝晶为对称的“×”型。对于3个晶面的一次枝晶间距,(110)与(111)晶面的一次枝晶间距小于(100)晶面的。对于3个晶面的γ′相形貌,(100)晶面的γ′相为不规则的立方体,(110)晶面的γ′相为不规则的三棱柱,(111)晶面的γ′相为不规则的三棱锥。     

不同温度下γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2自润滑耐磨复合涂层的摩擦磨损性能

为提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备出以Ti C为增强相、γ-Ni Cr Al Ti固溶体为增韧相、Ca F2为自润滑相的γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层。分别在室温、300℃和600℃时测试了复合涂层和Ti6Al4V合金基体的干滑动磨损性能,并且讨论了其与对磨球的磨损机理。结果表明:从室温到600℃,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层的摩擦系数和磨损率均比Ti6Al4V合金基体显著降低,该复合涂层具有较好的自润滑耐磨性能;对偶件Si3N4陶瓷球的磨损也有一定程度的降低。600℃时,Ti6Al4V基体的磨损机理为氧化塑性变形,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2磨损机理为润滑转移层的形成。     

Nb、Al含量对GH706合金组织及力学性能的影响

研究了降Nb提Al对GH706合金组织和力学性能的影响。当合金中Al含量由0.35%提高至1.26%(质量分数,下同),Nb含量由2.88%降低至1.98%后,可抑制晶内主要强化相γ″-Ni3Nb相的析出,促进γ′-Ni3Al相的析出,显著降低合金的室温屈服强度,但明显改善了合金的室温冲击性能。同时提Al降Nb还抑制了晶界强化相η-Ni3(Ti,Nb)相的析出,使得富Nb的Laves相及富Nb、Cr的Cr2Nb相析出,弱化了高温下的晶界强度,极大地恶化了合金的持久性能。     

热浸渗铝钢中Al4C3相的晶体学特征

利用透射电子显微镜(TEM)研究了热浸镀渗铝钢中Al4C3相的微观结构。结果表明,热浸渗铝钢中存在杆状和近似圆形状Al4C3相。发现Al4C3相以孪晶方式存在,六方晶系中存在以(003)面为孪晶面,以[001]方向为旋转轴的180°二次旋转孪晶。Al4C3相的(003)面平行于杆的长轴方向,[001]方向垂直于杆的长轴方向,杆的长轴生长方向为[210]。Al4C3相是以(003)为孪晶面,以[001]方向为旋转轴的180°二次旋转孪晶。     

IN718合金γ'、γ'、中(Ti+A1)/Nb比值的变化对其相含量的影响

建立了用于计算γ′-Ni3Al和γ′′-Ni3Nb成分及含量的最优化数学模型,证明了通过复相分离法(Multiple Phases Separation Method,以下简称MPSM)计算两相成分及含量的可行性和准确性,利用MPSM法计算了调整(Al+Ti)/Nb比值后析出相的成分、含量及分配量,解释了调整该比值对改型IN718合金高温稳定性影响的原因.