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1.2 镍铝合金的发展概述
随着航天工业的迅速发展，为了满足航天发动机的三高要求，如高推动比，高增压比高和高涡轮前温度。对高温结构材料要求越来越高。虽然高温合金有很好的高温稳定性但是温度一旦达到其熔点的80%时就已达到了它的工作极限，学界普遍认为替代镍基高温合金的材料必须要具备低密度，高强度，高熔点的高温抗氧化能力，和组织稳定性能，成本低等特点。由于长程有序的金属间化合物镍铝合金具有这方面的优点，所以对这一材料有很大的关注，但是镍铝金属化合物的低温塑性较差，高温强度低，阻碍了其应用到实际当中，为此各国学者多年来不断地研究和实践发展NiAl及其合金。源:自*751~·论,文'网·www.751com.cn/
B2型结构金属间化合物β-NiAl具有高熔点、低密度、抗氧化性能好和导热率大等一系列优点, 长期以来一直作为高温合金的侯选材料而得到广泛关注。然而β-N iA l的低温塑性差和高温强度低等缺点阻碍了它的实际应用。人们采用合金化、特殊的制备工艺和热机械处理等方法已使其力学性能得到很大程度的改善, 但是其力学性能仍无法满足航我 空发动机热端部件对蠕变抗力和室温韧性匹配的要求。到目前为止, N iA l共晶系列有望作为高温材料应用,如NiAl-34Cr和N iA l-C r(Mo)等具有良好的室温韧性和高温强度。美国宇航局(NASA)研究的定向凝固N iA l-31C r-3Mo合金的室温断裂韧性能够和好达到 17～22.1MPam1 /2 , 综合性能虽然较好, 但其高温强度仍不能与镍基高温合金相比，最抗高温蠕变的合金是Heusler 相强化的NiAl单晶合金, 其持久强度可与第三代镍基单晶高温合金相比. 可是, 这类含Heusler相的合金在低温下比二元NiAl更脆. 为使N IA I 金属间化合物合金保持优良的高温强度,又具有较高的室温塑性、韧性,制备定向凝固多相合金是可行途径之一，选择 NiAl-Cr和NiAl-Cr (Mo) 系共晶合金为基体, 以少量Zr或Hf 代替Cr, 把Heusler相引入上述伪二元共晶合金中, 得到多相合金。为了进一步提高合金的综合性能采用定向凝固工艺制备定向合金。像前面所说，镍铝中单纯依靠合金化来改善它的低温塑性，提高断裂韧性和高温抗蠕变能力，收效甚微，研究表明用内生金属间化合物作增强相可以使镍铝合金的复合材料的强度和断裂韧性都能得到提高[3,4]。
1.3某些元素在合金高温氧化性能中的作用
1.3.1合金元素对材料抗高温氧化性能的影响
Cr、Al、Si及RE等合金元素, 能有效改善金属材料的抗高温氧化性能。如合金中Cr、Al 和Si 在高温下能与氧反应生成一层完整的、致密的、具有保护性的氧化膜(Cr2O3、Al2O3、SiO2);稀土氧化物能改善合金表面氧化膜的抗氧化性、氧化膜与基体表面的结合力和氧化膜的生长应力。文献综述
另一方面,当Cr的活度小于10-8 .5 时, NiO是合金表面上稳定的氧化物相。由于Cr2O3与合金处于平衡状态时的Cr活度很低(Cr的活度为10-6.7 ,大约相当于Ni中含Cr大约0.000 1 %)。所以表明,Cr2O3 应该是任何实际Ni-Cr 合金表面上的稳定相。但对在合金上生长的各种连续性阻挡层而言,值得特别强调的是,稳定状态下在稳定的氧化物相生长之前, 所有合金先后都要经历一个氧化的过渡期。特别是合金中含有浓度不高但其氧化物的热力学稳定性很高的元素时, 这一氧化过渡期非常明显。在这种情况下, 这种合金元素需要从合金内部向外扩散才能使合金的表面被热力学更稳定的氧化物相所覆盖。因为合金内部的扩散对合金元素的选择性氧化起着十分重要的作用,所以实现合金元素的选择性氧化所需要的浓度, 总是要比热力学计算的大得多[4]。