题目：合金元素对Ni3Al基高温合金强韧性及抗氧化性能影响

随着航空航天系统的快速发展，使其对材料的要求也越来越高。铸造Ni3Al基高温合金作为金属间化合物的一种，由于其高熔点、低密度以及优良的高温强度和蠕变性能已成为未来高性能涡轮发动机材料中最有力的竞争者之一。本研究通过向Ni3Al基高温合金添加各种合金化元素，提高其强韧性及抗氧化性能，并研究合金化元素对其影响机制，为研发新型高强高抗氧化性能Ni3Al基高温合金提供理论依据。 本文采用真空感应熔炼工艺制备出不同合金化含量的铸态Ni3Al合金，首先，在B、Ti、Al、Cr等合金元素不变的情况下，调整W、Mo元素的含量，测试不同成分合金在室温和高温下的力学性能，研究W、Mo元素对Ni3Al合金强韧性的影响。其次，通过加入0.5wt%Hf、0.01wt%Y元素后，研究其对合金抗氧化性能的影响。最后，在其他合金元素不变的情况下，通过调整Al、Cr含量，分别测试其1000℃/100h、1100℃/100h恒温氧化动力学曲线，分析氧化膜表面形貌及组织，探讨不同Al、Cr含量对Ni3Al基合金抗氧化性能影响。 研究结果表明：在1＃合金（Ni3Al-7.8Cr-B、C、Ti, wt%）中加入2wt%W、4wt%Mo元素后，合金的高温强度及韧性都有很大程度的提高，微观组织也发生显著的变化，大块 相数量大幅度减少，形成比较均匀的 / 两相合金。合金的错配度由正值变为负值，绝对值变大，发生了一定程度的晶格畸变， 相与 相结合强度增加，具有较高的高温强度。2＃合金优异的高温强度主要来自均匀的与 相共格的沉淀相－纳米级 颗粒对位错的阻碍作用。 在3＃合金（Ni3Al-7.8Cr –Ti、C、B，wt%）中加入0.5wt%Hf、0.01wt%Y元素后，大大提高了3＃合金的抗氧化性能，使之在1100℃/100h恒温氧化条件下氧化速率由0.2683 g/m2•h降至0.0639g/m2•h，认为Hf和Y的加入主要影响在于形成稳定性更好的HfO2，提高氧化膜与基体的粘结力，抑制硫在氧化皮/基体界面的偏聚，改变了氧化膜的形貌、组成、内氧化程度及扩散层深度等。 本研究采用三种不同Al、Cr含量的Ni3Al基合金，5＃合金中Al、Cr含量为8.2wt%Al、7.8 wt %Cr,抗氧化性能最差，氧化膜表面由外层NiO及少量NiCr2O4、NiAl2O4,内层Al2O3组成，7＃合金为10wt%Al、5wt %Cr，抗氧化性能最好，在1100℃/100h恒温氧化条件下氧化速率达到0.0455g/m2•h，在1000℃/100h及1100℃/100h条件下，氧化膜表面基本由单一Al2O3膜组成。分析认为氧化膜表面形成单一稳定的Al2O3膜，Al、Cr含量要适当，高Cr含量的合金在更高温度下氧化性能不及低Cr含量的合金。Cr的加入在一定程度上降低了形成单一Al2O3膜的临界Al含量，Al含量的增加提高了合金中 相的含量，降低了合金的内氧化程度，促使单一氧化膜的形成，同时，其他活性元素的加入（如Hf、Y等）促使了Al元素的选择性氧化。