题目：NiTi-Al基合金的强化相选择及形态控制

目前，航空发动机在在800~1000℃范围尚无可用的轻质材料。以NiTi相为基体的NiTi-Ni2TiAl合金体系，具有类似于Ni基高温合金中γ/γ′组织的β/β′(NiTi-Ni2TiAl)双相共格组织，而且比Ni基高温合金轻20%以上，具有高比强和优良的抗氧化及腐蚀性能，有望成为在800~1000℃之间使用的新型轻质高比强高温结构材料。本文研究了NiTi-Al基合金的成分，凝固工艺参数、热处理条件等对NiTi-Al基合金显微组织的影响机制，揭示了强化相Ti2Ni相和Ni2TiAl相的析出过程及形态演变规律，为NiTi-Al基合金作为一种新型轻质高温结构材料的研发和应用提供了参考依据和学术价值。论文得到了如下主要结果：首先，通过研究NiTi-Al基合金在不同Al含量和不同Ni/Ti比条件下的显微组织演变(包括Ti2Ni相体积分数和Ni2TiAl相的高温相稳定性等)，确定了本论文的主要研究对象为Ni50Ti43Al7合金。本研究发现在Ni50Ti43Al7合金中，Ti2Ni相的体积分数与氧含量密切相关，其含量随着合金中氧元素含量的增加而逐渐增加，当氧元素含量达到一定值时Ti2Ni相可作为初生相析出，表明氧元素能够促进Ti2Ni相形核。由于Ti2Ni熔点低，脆性大，不利于改善合金的室温塑性和高温强度，本论文采取添加微量元素Y来降低合金中的氧含量，以达到降低Ti2Ni相体积分数的目的，然而该方法引入了少量新的杂质相Y2O3。为此，本论文采用定向凝固方法，通过改变凝固参数来进一步地控制Ti2Ni相的析出。结果发现当定向凝固抽拉速度为2μm/s时可将氧杂质含量成功地降低至100ppm以下，Ti2Ni相体积分数随之降低至0.9%，并且NiTi+Ti2Ni非规则共晶组织完全消失，Ti2Ni相呈液滴状或短条状分布于胞晶间。其次，本论文进一步通过改变热处理参数的方法研究了热处理过程中，Ni2TiAl强化相的析出机制以及形态演变规律。结果发现：经过1200℃固溶，空冷+800℃时效，空冷的热处理后，Ni2TiAl强化相将通过形核长大机制在合金内部形成，并与NiTi基体相呈一定晶体学取向关系。在时效过程中Ni2TiAl相的形态演变过程为：细小的球状→沿方向直线排列的立方状→粗大化的球状或片状。由于晶界处的Ti2Ni相与基体之间是非共格关系，Ti2Ni与NiTi之间的两相界面和晶界一样都能够为Ni2TiAl相的异质形核提供位点，导致Ni2TiAl相更易于在晶界处或者晶界Ti2Ni相处优先产生粗大化现象。此外，定向凝固Ni50Ti43Al7合金在经过800℃时效10h之后，合金中Ni2TiAl相的体积分数随时效时间延长基本保持不变，Ni2TiAl相的粗化长大主要通过Ostwald Ripening机制来完成。当Ni：(Ti+Al)的比值偏离于1时，Ni2TiAl相失去与基体之间共格关系的速度加快，Ni2TiAl相的高温相稳定性变差。在相同热处理工艺条件下，定向凝固Ni50Ti43Al7合金中粗大Ni2TiAl相的体积分数随着抽拉速度的减小而减少，表明Ni2TiAl相的粗大化趋势随着抽拉速度的降低而减小。在加热温度为1550℃，抽拉速度为2μm/s的定向凝固工艺条件下，Ni50Ti43Al7合金中的Ti2Ni相体积分数较小而Ni2TiAl相高温稳定性较优，在一定程度上达到了控制NiTi-Al基合金强化相类型和形态的目的。