Ni基金属间化合物合金的成分设计与激光制备

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金属间化合物因具有高熔点、高强度、优异的抗氧化和抗腐蚀性能以及反常的强度-温度特性,是一类极具潜力的高温结构材料或涂层材料。特别是Ni-Si和Ni-Al系金属间化合物在石油、化工、航空航天等领域具有广阔的应用前景。本文利用先进的激光加工技术,应用合金化的方法,制备了Ni-25Si、Ni-25Si+Cr/Nb、Ni-13Si-9Ti+Cr/Nb和Ni-Al-Si系Ni基金属间化合物合金。使用XRD、OM、SEM、EDS、EPMA和DSC等手段分析合金的相组成、显微组织和相变过程。利用HX-1000TM型显微硬度计对合金的硬度进行了测量。在优化激光加工工艺参数下,制备的Ni-25Si合金组成相为γ-Ni固溶体和Ni3Si金属间化合物,显微硬度高达740HV。宏合金化元素Cr加入后,Ni-Si-Cr合金主要由γ-Ni固溶体、Ni31Si12和Ni3Si金属间化合物组成;随着Cr元素添加量的增加,显微组织由典型的树枝晶转变为类网状组织。添加宏合金化Nb(5at.%)元素后,合金的相主要由γ-Ni固溶体、Ni31Si12、Ni3Si金属间化合物和Nb3Ni2Si组成;显微组织细小致密,最高硬度可达747HV,与Ni-25Si合金相当。以Ni-13Si-9Ti为合金粉末基体,激光制备合金的主要组成相为γ-Ni固溶体和Ni3(Si,Ti)金属间化合物。添加宏合金化元素Cr后,除γ-Ni和Ni3(Si,Ti)相外,出现τ6(Ni16Si7Ti6)新相;显微组织随着Cr添加量的增加而变得细小致密,主要表现为树枝晶生长;显微硬度相比于Ni-13Si-9Ti合金略有升高。添加宏合金化Nb元素后,合金的相主要由γ-Ni固溶体、Ni3(Si,Ti)和Nb3Ni2Si组成;随着Nb添加量的增加,显微组织明显得到细化,并且其中的共晶相含量明显增加,当添加量至8at.%Nb时表现为共晶形貌;合金的显微硬度得到大幅度提高,最高值达870.6HV。激光制备Ni-Al-Si合金的相主要由Ni-Al系金属间化合物组成。其中激光辐照Ni-25Al预合金粉末,在优化工艺条件下可获得宏观质量完好,无裂纹等缺陷的近纯Ni3Al相的块体材料。合金的显微组织随着改变Al和Si元素添加量而发生明显变化。显微硬度也得到很大提高,最高值达914HV。
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