Ni-Al-Mo三元合金体系互扩散行为与机理研究

admin · 发表于 2022-9-26 09:43:19

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Ni3Al基高温合金因其较高的熔点、优良的高温强度和优越的抗腐蚀性能等优点成为重要的航空发动机涡轮叶片候选材料， Mo等难熔金属常常用做合金化元素来提高合金的高温抗蠕变性能。然而Mo的添加会导致疏松氧化膜的形成和拓扑密堆（Topologically close packed, TCP）相的析出，使得合金的抗氧化性能和断裂韧性有所减低。众所周知，合金的氧化和新相的析出与长大过程都与元素的扩散直接相关，因此，针对Ni-Al-Mo三元合金体系的元素互扩散行为和扩散机理研究亟待深入。本论文分别在1423 K、1473 K和1523 K下采用Ni3Al/Ni3Al(Mo)单相扩散偶法和Ni(Mo)/NiAl反应扩散偶法制备了γ’-Ni3Al（Mo）合金，采用Ni3Al/Mo反应扩散偶制备了σ-NiMo(Al)合金及Mo(Al)固溶体，使用电子探针测定扩散区域的原子浓度分布曲线，然后依据Boltzmann-Matano、Dayananda等理论研究了上述不同合金体系中的扩散行为和扩散机理。研究结果显示，在γ’-Ni3Al（Mo）合金中，Al元素的主扩散系数值，显著大于Mo的主扩散系数；几乎不随浓度的变化而变化， - 曲线近乎平直；Mo和Al在Ni3Al的L12晶格结构中都占据β-位，它们之间的相互作用较为强烈；Mo在Ni3Al中的扩散激活能高达517.9 kJ/mol。 σ-NiMo(Al)相的形成和生长受扩散控制，在1423 K、1473 K 和1523 K下的抛物线生长常数（m2s-1）分别为，，；Mo元素在σ-NiMo(Al)相中的主扩散系数值，显著大于Ni在该相中的主扩散系数；几乎不随浓度变化而变化，而则呈现出一定的浓度相关性；Mo和Al在晶格中占据相同的晶格位置，相互作用非常显著。利用Sauer-Freis方法计算得到Mo(Al)固溶体相在不同温度下互扩散系数的表达式为：，Al在Mo中的扩散激活能为318.6 kJ/mol。上述结果对于Ni3Al-Mo基高温合金的抗氧化设计及高温服役过程中的TCP相抑制具有一定的指导意义。

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