Ni—Al系、Fe—Al系和Ti3Al金属间化合物研究

简要介绍了金属间化合物的熔炼与铸造工艺。论述了Ni-Al系（包括NiAl和Ni3Al)、Fe-Al系（包括Fe3Al和FeAl)及Ti3Al基金属间化合物高温结构材料的研究现状和发展动态,分析了上述合金存在的问题及解决办法,介绍了它们在不同领域的潜在应用。     

稀土系贮氢合金的生成焓计算

利用Miedema理论和几何模型计算了二元合金系La M ,Ni M和三元合金系LaNi5-xMx(M =Co ,Mn ,Al,Cr ,Fe,Cu)的生成焓。对二元合金系 ,计算结果与已有实验结果在xM ≥ 70 % (摩尔分数 )范围符合得较好 ;三元合金系计算结果表明 ,当分别添加合金组元Mn ,Co ,Cr,Fe和Cu时 ,LaNi5-xMx 的生成焓不同程度地增大 ,其中Cr ,Fe和Mn的影响较大 ,而添加Al时生成焓明显减小。讨论了生成焓对合金高温氢化时发生歧化反应的影响 ,合金的生成焓越大 ,越有利于歧化反应。     

Ni3Al基金属间合金的研究进展

介绍了Ni3Al基金属间合金研究的现状和前景。Ni3Al具有高熔点、低密度和良好的抗氧化性,但是在室温下塑性差和高温时强度低限制了其作为工程材料的应用,通过对Ni3Al基金属间化合物的合金化制备及力学性能的研究,以期改善Ni3Al基金属间合金的室温塑性和高温强度。     

机械合金化制备纳米晶Al65Fe25Ni10合金粉

采用X射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM）和差热分析仪（DTA）等研究了Al65Fe25Ni10元素混合粉末在机械合金化过程中的结构演变及热稳定性。结果表明：球磨5h后的粉末样品退火处理后生成Al5Fe2和Al3Ni2金属间化合物。球磨500h后得到纳米尺寸的Al（Fe，Ni）无序相。     

典型Fe-Cr-Al及Ni-Cr-(Fe)系电热合金丝的显微组织与织构

选取了两类典型电热合金丝材成品进行了检测,对比分析了合金丝的显微组织及织构,包括Fe-Cr-Al系的国产0Cr25Al5合金与进口0Cr22Al5合金和Ni-Cr-(Fe)系的国产Cr20Ni80合金与Cr20Ni30合金。结果表明:进口Fe-Cr-Al合金的平均晶粒尺寸相对较大,晶粒尺寸分布较为均匀,而织构较弱;国产0Cr25Al5合金的平均晶粒尺寸均匀程度较差,而较粗的样品平均晶粒尺寸较大且织构稍弱,接近于进口Fe-Cr-Al合金,表明较粗的丝材制备形变量较小。Ni-Cr-(Fe)系的合金均表现为不均匀的晶粒组织,而Cr20Ni80合金相较于Cr20Ni30合金的大尺寸晶粒更多;减小合金丝材的直径有细化组织作用,同时还能增强两种Ni-Cr合金丝中均存在的<111>丝织构。     

高温结构金属间化合物及其强韧化机理

综述了自1988年以来中国科学院高温合金和金属间化合物研究组(郭建亭研究组)在高温结构金属间化合物NiAl及其合金、Ni3Al及其合金、FeAl和Fe3Al及其合金、TiAl合金以及金属间化合物环境脆性方面的主要研究成果:NiAl合金超塑性的发现及其机理研究;稀土元素改善NiAl合金的室温塑性和高温抗氧化性能;NiAl合金的韧脆转变行为及其机理;纳米晶NiAl合金及其复合材料的强韧化;内生颗粒增强NiAl基复合材料及强韧化机制;NiAl合金良好的耐高温摩擦磨损性能及自润滑机理的发现;NiAl中合金元素的作用与JJ-3合金的发展;在国际上首先发现适量Zr可韧化无硼Ni3Al合金;为使Ni3Al强韧化硼含量应加至溶解度附近;FeAl合金反常屈服峰的发现及其机理研究;微量Mg可明显改善FeAl和Fe3Al合金的室温塑性;TiAl-W-Si合金的组织、相转变和界面精细结构;金属间化合物的环境脆性实质是氢致脆性;在国际上首先用第一原理方法(DVM)研究了L12型CO3Ti的环境脆性.     

Ni-Al-Sn三元系相平衡的实验研究

采用电子探针显微分析和X-ray衍射分析方法实验研究了Ni-Al-Sn三元体系在800°C和1000°C时的相平衡。结果表明：(1) Ni-Al-Sn三元体系在800°C和1000°C时均未发现三元化合物;(2) Ni-Al侧包含NiAl、Ni3Al、Al3Ni和Al3Ni2四个化合物,其中800°C时,Sn在NiAl和Ni3Al中的固溶度在分别为3.1和14.7 at.%,在1000°C时分别为3.0和8.0 at.%。而Sn在Al3Ni和Al3Ni2相中几乎没有固溶度;(3) Ni-Sn侧包含Ni3Sn(r)、Ni3Sn(h)和Ni3Sn2(h)三个化合物相。800°C时,Ni3Sn(r)相的固溶度为4.2 at.%,1000°C时,Ni3Sn(r)相转变为Ni3Sn(h)相,拥有5.5 at.% 的固溶度。另外,800°C时,Al在Ni3Sn2(h)相中的固溶度为8.4 at.%,1000°C时为12.1 at.%;(4) Ni-Al-Sn三元体系Al-Sn侧为相互贯通的液相区域,实验测得的Ni在Al-Sn侧的溶解度约为1 at.%。     

Ni-Al系金属间化合物光束堆焊层的成形及析出相特征

采用X射线衍射、SEM、EDXS及显微硬度等方法，研究了光束堆焊Ni，Al混合粉末制备的金属间化合物涂层的成形和微观组织特征．结果表明，堆焊层的成形与堆焊材料的比热容量和熔点有关．采用Al含量(原子分数)高于50％或不超过25％的堆焊材料，均可获得成形良好的光束堆焊层，但Al含量过高将使堆焊金属的致密度降低．当堆焊材料中Al含量为50％-75％时，堆焊层全部由金属间化合物(Al1.1Ni0.9，Al3Ni2和Al3Ni)组成；当采用富Ni堆焊材料(不超过25％Al)时，堆焊层中将析出较多的γ-Ni固溶体，得到由γ-Ni和Ni3Al金属间化合物组成的显微组织；而采用富Al堆焊材料(80％Al)将导致堆焊层中析出大量Q—Al，其显微组织为在α—Al (α—Al Al3Ni)亚共晶基底上分布有Al3Ni2金属间化合物相．     

Ta合金化对γ′-Ni3Al相弹性性质与电子结构的影响

基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势平面波方法计算了合金元素Ta掺杂对y’-Ni3Al相弹性常数与电子结构的影响.计算结果表明:Ta的加入能有效提高Ni3Al相的弹性性质,使其弹性模量提高12.86％,形成的Ni3(Al,Ta)金属间化合物是一种塑性相,但其本征脆性要比Ni3Al大;使用总化学键的重叠布居,定量地计算了金属间化合物的共价键性能,结果显示Ta的添加能增加Ni3Al相共价键的强度;价电荷密度及态密度的进一步分析指出:Ni3(Al,Ta)相中化学键有方向共价键和金属键共存的特征.     

热压烧结工艺制备Fe3Al金属间化合物块材的显微结构和力学性能研究

采用机械合金化结合热处理工艺制备Fe3Al金属间化合物粉末,并通过热压烧结工艺制备Fe3Al金属间化合物块材.研究机械合金化和热处理工艺对所制备Fe3Al金属间化合物粉末的物相组成和显微结构的影响.并对Fe3Al金属间化合物块材的物相组成、显微结构和力学性能进行研究.采用机械合金化工艺球磨60h制备Fe-Al金属间化合物粉末;Fe-Al合金粉末经800、1000℃热处理工艺转变成Fe3Al金属间化合物粉末.研究表明,随着球磨时间的增加,Fe-Al金属间化合物粉末的颗粒尺寸逐渐减小.球磨60h得到的Fe-Al金属间化合物粉末的平均粒度为4～5 μm.经800、1000℃热处理得到的Fe3Al金属间化合物粉末的平均粒度为4～5 μm;热压烧结块材为Fe3Al金属间化合物相;热压烧结制备的Fe3Al金属间化合物块材的显微结构均匀致密;热压烧结工艺制备的Fe3Al金属间化合物块材的相对密度较高且具有较高力学性能.     

碳化钨/金属间化合物硬质合金的研究进展

对目前国内外以金属间化合物Ni3Al、FeAl、Fe3Al为粘结相的碳化钨基硬质合金的制备方法和性能特点进行了综合评述,重点介绍了硬质合金国家重点实验室在以Ni3Al为粘结相碳化钨基硬质合金方面的最新研究成果及应用情况。结果表明:均匀细小的金属间化合物预合金粉末的制备以及适当控制界面反应是粉末冶金法制备碳化钨/金属间化合物硬质合金的有效方法。碳化钨/金属间化合物硬质合金的研究方向应集中在界面问题、金属间化合物粘结相的韧化、制备工艺和综合性能评价体系的建立等几个方面。     

Effect of pre-oxidation on increasing resistance of Fe–Al–Ni–Cr–Co–Mn high entropy alloys to molten Al attack

Abstract

The corrosion behaviours of two high entropy alloys (HEAs, namely Fe–Al–Ni–Cr–Co and Fe–Al–Ni–Cr–Co–Mn) in molten Al, each with and without pre-oxidation treatment, were investigated. Both bare alloys lost their thickness owing to dissolution, and various intermetallic compounds formed on their substrate surfaces during immersion in molten Al. Pre-oxidation treatment gave rise to the formation of an effective oxide barrier on each alloy surface against molten Al attack. The characteristics of pre-formed oxides in resisting molten Al attack were examined using electron backscatter diffraction (EBSD) analysis.     

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．     

Enthalpies of formation of compounds in Al-Ni-Y system

The enthalpies of formation of the ternary compounds Al4NiY, Al2NiY, Al2Ni6Y3, Al16 Ni3Y, AlNiY, Al3Ni2Y, AlNi8Y3, Al7Ni3Y2, and of the binary comp ounds Al2Y containing nickel and Ni5Y containing aluminum have been determined by high temperature reaction calorimetry. The enthalpy values measured are compared to previously published results where available as well as extended Miedema model predictions. The melting points of the compounds were determined by DTA and X-ray diffraction was used to confirm the crystal structures of the compounds. The enthalpi es of formation of the ternary compounds show a maximum along the 50%Al (mole fr action) section. The ternary compounds appear along lines of constant yttrium content consistent with binary compound solubility extensions.     

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。     

陶瓷基金属间化合物复合材料的研究进展

介绍了近年来国内外研究陶瓷基金属间化合物复合材料的进展情况。总结归纳了Ni3Al、FeAl和Fe3Al金属间化合物增强陶瓷基复合材料的性能特点,这些复合材料在抗酸腐蚀、耐磨性、高温强度等方面较普通WC/Co复合材料有明显的优势。并重点介绍了以液相烧结、无压熔渗、机械合金化和热压等方法制备陶瓷基金属间化合物复合材料的工艺特点。对于陶瓷基金属间化合物复合材料而言,在选择良好基体的基础上,更重要的是选择合适的金属间化合物增强相。     

Ni_3Al有序金属间化合物的主要特性和应用

Ni_3Al有序金属间化合物由于在高温下具有优异的强度和抗氧化能力而越来越受关注。Ni_3Al金属间化合物的晶体结构为L1_2,是面心立方的有序衍生结构。Ni_3Al具有屈服强度对温度的反常关系。采用硼微合金化能有效减低材料的本征脆性和高温水气环境中的氢脆。应用6%～9%Cr合金化能减轻材料的中温脆性。,它可以应用粉末冶金、铸造和锻压方法进行工业生产。     

Ni3Al金属间化合物自蔓延高温合成中的显微组织演变

为了研究用Ni粉和Al粉自蔓延高温合成(SHS)Ni3Al过程中的显微组织演变,用燃烧波淬熄法使蔓延的燃烧波自行熄灭,用扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)观察和分析了淬熄试样中的显微组织,测试了燃烧温度,并用X射线衍射(XRD)分析了合成产物的相组成.结果表明,合成反应开始于Al的熔化,从而使Ni粉粒开始部分溶解,Ni与Al原子间的互扩散导致Ni3Al反应扩散层在未溶解的Ni粉粒表面形成并逐渐增厚.该反应具有不完全性,可能是实验中使用了较粗的Ni粉和Al粉的缘故.     

不锈钢／Al固液轧制复合板材界面的精细结构

应用场发射透射电子显微镜研究了不锈钢／Ａｌ固液轧制复合板材界面的精细结构。结果表明,在钢－Ａｌ之间存在主要由两种金属间化合物组成的界面反应层。靠近钢处由一层细小的（Ｆｅ,Ｃｒ,Ｎｉ）２Ａｌ５纳米晶组成,靠近Ａｌ处由纳米级的（Ｆｅ,Ｃｒ,Ｎｉ）４Ａｌ１３柱状晶组成。反应层附近的Ａｌ中有各种形态的（Ｆｅ,Ｃｒ,Ｎｉ）４Ａｌ１３相析出,并对界面结构的形成进行了初步的分析。