《鎳基高溫合金熔體結構及其液-液結構轉變機制研究》是依託上海交通大學，由孫寶德擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鎳基高溫合金熔體結構及其液-液結構轉變機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孫寶德
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
航空發動機鎳基高溫合金關鍵部件，因其大尺寸、複雜結構及薄壁特徵，導致精密鑄造過程中充型的困難。升高澆注溫度可提高充型能力，但是會導致厚大部位晶粒粗大、偏析加重等，降低結構件的服役性能。熔體超溫處理工藝（HTTM）為緩解該矛盾提供了新的思路。目前，HTTM的理論機制仍無定論，但與尚未澄清的鎳基高溫合金熔體結構有關，尤其是其中可能存在的溫度誘導的液-液結構轉變。本項目擬採用從頭算分子動力學模擬與X射線衍射、差熱分析等實驗手段相結合的方法對模型合金進行研究，闡明合金元素對鎳基合金熔體結構的影響規律，探索鎳基合金熔體可能存在的溫度誘導的液-液結構轉變，揭示其轉變機制，探明合金熔體結構及液-液結構轉變對合金的凝固過程及凝固組織的影響規律，為開發鎳基高溫合金的新型熔體超溫處理工藝提供理論基礎。
結題摘要
鎳基高溫合金廣泛套用於航空發動機的熱端部件。正確認識鎳基高溫合金熔體的結構對發展凝固理論以及調控鎳基高溫合金凝固組織有著非常明顯的積極意義。本項目採用從頭算分子動力學模擬了Ni1-xMx（M =Fe、Co、 Al、Ti、Ta、Nb、Cr、Mo、W、Re、Os和Ru）和Ni-Al-X（X=Ta、Re和Mo）熔體，對熔體結構信息進行了分析表征。 這些合金熔體中存在不同的化學序。二元Ni1-xMx熔體，當溶質元素種類在元素周期表上從左向右變換，熔體的化學序降低，異類元素間的相互作用減弱，以溶質為中心的配位數降低，溶質元素為中心的球殼緻密性降低。溶質/溶劑元素為中心的球殼緻密性差異與溶質的平衡分配係數存在關聯性。Ni1-xMx（M = Al、Ti、Ta、Nb）熔體中由於Ni-M存在強相互作用，溶質原子儘量分散在熔體中以至於形成儘量多的Ni-M鍵。隨著溶質濃度增大至0.25，這些Ni-M鍵可形成類似閃鋅礦結構的Ni-M網路。 鋁元素對Ni-Al-X（X=Ta、Re、Mo）體系中的X元素的Warren-Cowley化學序參數αXX有明顯影響，使原本偏好分散於熔體中的Re和Mo偏聚，少量的鋁元素就可以使Re發生偏聚。 Ni0.852Al0.148熔體在1723～2073K溫度區間發生了液-液結構轉變。差熱分析實驗證實了該熔體的液-液結構轉變。當溫度從1923K升高至1948K，Ni0.852Al0.148熔體的偏配位數ZAlNi突然大幅減小，ZAlAl突然大幅增大，Cargill-Spaepen化學序參數ηNiAl突然大幅減小。Ni0.852Al0.148熔體的液-液結構轉變存在明顯的焓變（578 Jmol-1）和熵變（0.3 Jmol-1K-1），屬於一級相變。在Ni0.87Nb0.13和Ni0.852W0.148熔體中沒有發現類似於Ni0.852Al0.148熔體的溫度誘導的液-液結構轉變。
