Ni3Al基合金單晶生長規律研究

《Ni3Al基合金單晶生長規律研究》是依託北京航空航天大學，由李樹索擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：Ni3Al基合金單晶生長規律研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：李樹索
• 項目類別：面上項目

項目摘要

目前已獲得套用的Ni3Al基合金多為等軸晶或定向柱晶，若能製備出Ni3Al基單晶合金，將可進一步提高合金的力學性能和承溫能力，套用前景十分廣闊。本申請項目擬通過研究Ni3Al基合金單晶製備過程中的晶粒形核、競爭生長與晶粒淘汰過程，探明不同取向枝晶競爭機制；研究合金化元素在凝固過程中的溶質再分配行為及其對固液界面形態的影響，探明合金化元素對Ni3Al基合金晶體生長過程的影響機制；研究溫度梯度、晶體生長速率和預埋籽晶等因素對Ni3Al基單晶合金晶體生長方式和晶體取向的影響機理，揭示Ni3Al基合金單晶生長規律。本申請項目擬採用籽晶法研究Ni3Al基單晶合金不同晶體取向的精確控制機理，實現Ni3Al基單晶合金晶體取向的三維可控，弄清晶體取向對力學性能的影響機制，為Ni3Al基單晶合金的工程套用奠定堅實的理論基礎。揭示的Ni3Al基合金的單晶生長規律，可進一步完善金屬間化合物基材料的晶體生長理論。

結題摘要

本申請項目研究了Ni3Al基合金單晶製備過程中的晶粒形核、競爭生長與晶粒淘汰過程，探明了不同取向枝晶競爭機制，研究結果表明：Ni3Al基單晶合金晶粒之間的競爭淘汰不取決於晶粒的大小，取決於晶粒之間的晶體取向及枝晶位相關係，擇優生長取向與晶體生長方向偏離角小的晶粒具有最大的競爭淘汰能力，但枝晶的相互阻隔在晶粒競爭過程中也起著至關重要的作用； Ni3Al基單晶合金晶體取向為<001>方向的晶粒的競爭能力最強，晶體取向為<011>方向的晶粒競爭能力優於<111>方向的晶粒，但是優勢不明顯，兩種取向的晶粒在競爭生長時，在有限的生長空間中很難相互競爭淘汰。研究了合金化元素對Ni3Al基單晶合金晶體生長規律的影響，結果表明：Ta的添加將引起Ni3Al合金固相線溫度和液相線溫度的升高，Mo的添加將降低固相線溫度和液相線溫度，Mo和Ta元素的添加均導致了結晶溫度區間變大。包晶反應的存在導致了Ni3Al-2Mo合金在5~50 μm/s 速度下無法製備單晶。而Ni3Al和Ni3Al-2Ta合金均可在3~50 μm/s速度範圍內製備單晶，且通過控制凝固速率可較好的遺傳籽晶的取向。通過工藝參數的最佳化，可以精確控制Ni3Al基單晶合金的晶體取向。以上研究成果為Ni3Al基單晶合金的工程化套用奠定了良好的基礎。