基本介紹
- 中文名：單晶金屬間化合物
- 外文名：single crystal intermetallic compound
- 特點：在巨觀尺度範圍內不含晶界
- 學科分類：化學
簡介,金屬間化合物的韌化原理及方法,
簡介
單晶金屬間化合物，是在巨觀尺度範圍內不含晶界的金屬間化合物晶體。各元素原子占據晶格中特定的位置，故具有明顯的各向異性。因無晶界的影響，可改善金屬間化合物的塑性。如多晶狀態無塑性的Ni3Al製成單晶後，沿（001）方向的室溫伸長率占達到60%等。主要套用於渦輪葉片、導向葉片或其他高溫部件。
金屬間化合物的韌化原理及方法
一般金屬間化合物呈室溫脆性，究其原因為：它的金屬鍵中原子間結合力很強，化學結合趨向穩定，阻礙晶體滑移塑性變形；其次，金屬間化合物的滑移系很少，達不到多晶體塑性變形時必需的滑移係數目；再有，金屬間化合物的晶界較弱，且存在雜質在晶界上偏聚，脆化了晶界。以上因素綜合作用的結果導致脆化，若能有效抑制上述因素，就可以抑制和克服這種脆性。
①利用合金化原理，研製以有序相為主體的兩相合金。提高金屬間化合物塑性和韌性的關鍵在於晶界。設計合金時，如果讓強度高的有序相為基體相，而讓體積分量極少的無序相分布在晶界上，這樣，就可以獲得既具備金屬間化合物各項優異性能又具有足夠塑性的理想合金。例如，CO3V是一種堆垛順序複雜的六方晶體，通常呈脆性。C.T.Liu等人研究表明，通過以鐵、鎳取代部分鈷，得到以（CoFe）3V、（Ni、Co、Fe）3V為基的有序面心立方合金，其室溫伸長率可達35%。
②加入微量元素強化晶界而達到韌化的目的。金屬間化合物的致命弱點是其晶界尤為脆弱。如果摻入某些極易析出在晶界處的微量元素，且這些少量摻入的元素不形成第二相質點，也不改變基體相的有序狀態，而這些微量元素有著顯著的強化晶界的作用，這樣就可以使得晶界的強度和晶內的強度相匹配，在晶界開裂之前晶內可以承受較大的變形，而達到韌化的目的。研究表明，Ni3Al多晶體中加入質量分數為0.05%~0.10%的硼後，經1027℃均勻化退火可使室溫塑性大幅度提高，伸長率可達35%；而未加硼的試樣根本不能塑性變形，這是因為，加硼後增強了金屬間化合物的晶界，並減少了晶界處位錯源起動所需的應力，從而降低了脆性。此外，用錳微量合金化Ni3Al，形成MnS，抑制晶界上有害元素硫的偏聚，可改善晶界強度，從而提高塑性。微量硼在FeAI合金中也起一定作用，使其斷裂方式改變，得到穿晶解理斷口。
③通過快速凝固，獲得微晶態或非晶態的金屬間化合物。細化晶粒是改善塑性的一種主要手段。通過快速凝固的激冷，可使金屬間化合物形成極細的微晶（小於1μm）或一定量的無序相，甚至是非晶態相。這樣可以有效地抑制雜質元素在晶界上的偏聚，可以讓無序相或非晶態相在變形中起到協調作用，從而抑制沿晶脆性，獲得韌化的金屬間化合物。由於快速凝固獲取的合金其截面都很小（10~10mm），不能直接用來製作工程構件，為了克服這一不足，可將用快速凝固製得的坯料採用熱等靜壓技術壓制或擠壓成一定形狀的構件，以達到套用的目的。如果將坯料碾製成粉末，再經粉末冶金手段燒結成所需形狀，金屬間化合物的韌化效果就會更加突出。
獲取單晶、定向凝固等，以及其它形變熱處理等對金屬間化合物都有一定的韌化效果，可以根據零件的要求及合金的種類選擇使用。
金屬間化合物具有許多獨特的物理和化學性能，引起國內外科研人員的廣泛關注。金屬間化合物不僅鍵合力強，可用於比合金更高的工作溫度，而且具有比合金更高的比強度、比剛度及抗氧化能力，是航空航天、國防軍事、新型能源、生物工程、信息技術等高新科技的關鍵材料。但金屬間化合物尚未被充分開發利用，人們期待出現一種特別性能的新材料，能在各個領域發揮巨大作用。
