单晶合金

摘要： 随着定向凝固技术与工艺的不断发展,工程技术人员对枝晶生长的控制也越来越精准。为使枝晶生长朝着人们设定的方向发展,进而获得理想的组织结构,凝固过程的控制成为关键因素。定向凝固技术制备的合金虽能提高其综合力学性能,但受到枝晶生长等多方因素影响,因此有必要对枝晶生长方面的研究工作进行评述。综述了定向凝固工艺参数、合金成分和晶体取向对枝晶生长的影响,尤其是对一次枝晶间距的影响。通过建立物理模型来模拟枝晶的生长过程,一方面来验证理论模型的有效性,另一方面对干扰因素进行预测和控制。此外,论文还分析与讨论了一次枝晶间距的极端范围与边界条件。最后,对影响定向凝固控制枝晶生长的因素进行了总结和展望。

摘要： 目的实现喷丸强化后DD6单晶合金低周疲劳寿命的准确预测。方法开展了喷丸强化后DD6圆棒件低周疲劳试验,分析了喷丸强化对单晶合金疲劳寿命的影响机理。在此基础上,建立了各向异性材料喷丸强化工艺有限元模型,获取了喷丸强化所致残余应力分布与粗糙度。基于连续介质损伤力学,考虑残余应力与粗糙度对低周疲劳寿命的影响,建立了喷丸强化DD6单晶合金低周疲劳寿命预测模型。结果喷丸强化后不同载荷下DD6单晶合金的低周疲劳寿命均得到提高,最大可提高108%;高温环境下残余应力松弛导致强化效果与试验温度成反比。喷丸强化工艺有限元模拟得到残余应力分布在试件表面深约130μm的区域,表层残余应力为–380.16 MPa,应力集中系数为1.193,残余应力影响下的八面体Schmid应力幅值降低了10%左右。DD6低周疲劳试验结果在预测结果的2倍分散带以内。结论喷丸强化可以有效提高DD6低周疲劳寿命,对低周疲劳寿命的影响机制为残余应力的引入与粗糙度的改变。所建立的喷丸强化单晶合金DD6低周疲劳寿命预测模型具有较好的准确性。

摘要： 对带热障涂层的单晶涡轮叶片进行模拟服役环境热冲击循环试验,并采用光学显微镜、扫描电镜对试验后的热障涂层进行分析.结果表明:带热障涂层单晶涡轮叶片经过42次热冲击循环后,叶片前缘气膜孔附近的涂层首先出现脱落;经过71次热冲击循环后,叶片前缘附近涂层脱落的面积明显增大.微观结构分析表明,热冲击环境下叶片前缘位置热生长氧化物(TGO)厚度比其他涂层未脱落位置的厚1.0～2.0μm.金属基底与粘结层之间有明显的扩散现象,其中Al、Cr元素从含量较高的粘结层向基底扩散,在叶片前缘扩散深度约为5.0μm,在其他位置扩散较少.叶片前缘位置TGO的生长速度明显快于其他位置,这导致前缘位置热障涂层承受的循环热应力更大.气膜孔边热应力较大是涂层脱落的主要原因,孔边涂层微观结构不规则加速了热障涂层的脱落掉块.单晶合金叶片热障涂层在模拟热冲击服役环境中失效剥落的过程,对研究其损伤评价和寿命评估具有重要作用.

摘要： 镍基单晶高温合金具有优异的抗燃烧腐蚀能力和抗氧化性能,广泛应用于航空航天、核电、燃气轮机等。W、Mo、Ti、Al、Ni、Co、Ru、Re等微量元素能够进一步提高单晶高温合金的工作温度、高温强度以及高温抗腐蚀能力。本文分析并总结了微量元素对镍基单晶高温合金的微观组织及性能的影响。

摘要： 燃气涡轮发动机是国家科技核心竞争力的重要体现,而越来越高的涡轮前燃气进口温度则是先进燃气涡轮发动机的一大特征。高压涡轮叶片是发动机中承温和承载最为苛刻的核心部件,也是制约发动机发展的关键短板。高温合金是目前高压涡轮叶片唯一可行的结构材料,其中最先进单晶合金的承温能力为1150°C左右,已接近高温合金的承温极限。即使采用先进的气膜冷却技术,到达叶片合金表面的燃气温度仍高于叶片合金的承温极限。

摘要： 为了使DD98M合金能够尽早应用于航空发动机,采用X射线衍射(XRD)、带能谱的扫描电镜(SEM/EDS)等分析测试手段,研究了DD98M合金热障涂层在硫酸盐中的热腐蚀行为.结果表明:在900°C的Na2SO4+25 wt.％K2SO4硫酸盐中腐蚀时,未施加防护涂层的二代无Re单晶合金DD98M在仅20 h内发生了严重腐蚀,形成的腐蚀产物膜鼓包且剥落严重.相比之下,施加了热障涂层的DD98M试样在腐蚀100 h后表面完好,在粘结层与隔热层间形成一层薄薄连续且致密的热生长氧化物(TGO).热障涂层极大地增强了DD98M合金抗硫盐热腐蚀能力.

摘要： 为研究喷丸对单晶合金中温疲劳性能的强化机制,采用陶瓷弹丸对单晶合金进行喷丸强化,研究了喷丸单晶合金表面形貌、截面微观组织、铸造微孔和650°C旋转弯曲疲劳性能,并观察了疲劳断口.结果表明:喷丸强化后650°C/Kt=1.7和650°C/Kt=3旋转弯曲疲劳极限分别提高21.3％和12.7％.首先,喷丸强化消除了表面尖锐的加工痕迹,形成了圆滑弹坑,将表面应力集中系数由1.44降低到1.38,这是表面形貌优化机制.其次,喷丸单晶合金表面形成最表面的严重塑性形变层–次表面的线型形变层–里层的小塑性形变层–基体梯度塑性形变层.形变层最表面硬度较基体提高42％,是形变强化机制.此外,在交变载荷下,2～10μm的铸造微孔成为疲劳裂纹源;喷丸强化后铸造孔洞闭合或椭圆化,减小了孔洞位置的应力集中,喷丸对铸造孔洞的形变作用是第3个疲劳强化机制.

摘要： 镍基单晶高温合金具有优异的抗燃烧腐蚀能力和抗氧化性能,广泛应用于航空航天、核电、燃气轮机等.W、Mo、Ti、Al、Ni、Co、Ru、Re等微量元素能够进一步提高单晶高温合金的工作温度、高温强度以及高温抗腐蚀能力.本文分析并总结了微量元素对镍基单晶高温合金的微观组织及性能的影响.

摘要： 为研究喷丸对单晶合金中温拉伸性能影响,采用陶瓷弹丸对DD6单晶合金(后简称单晶)进行喷丸,研究了[001]取向单晶原始/喷丸后600、650和850°C的单轴拉伸性能.采用显微硬度和透射电镜分析了喷丸单晶表层组织,并采用扫描电镜观察了拉伸断口.结果 表明:喷丸对单晶中温抗拉、屈服强度及850°C拉伸塑性无影响,而喷丸后单晶的600和650°C拉伸塑性显著下降.650°C时,延长率和断面收缩率分别由16.1％和20.1％下降到喷丸后的3.8％和6.9％;600°C时,延长率和断面收缩率分别由10.5％和18.4％下降到喷丸后的2.8％和7.5％.喷丸单晶表面形成了以{111}交叉滑移孪晶面,与600和650°C拉伸主滑移面重合,孪晶使得拉伸过程进一步表面变形困难,内部金属变形受到限制,表现为喷丸单晶600和650°C拉伸塑性下降.单晶850°C拉伸过程中,除开动八面体滑移外,还开动了六面体滑移,未出现喷丸孪晶面与拉伸主滑移面重合问题,故喷丸不影响850°C单晶拉伸塑性.

摘要： 伴随着我国航天事业的腾飞,其技术中最复杂的工程机械系统核心部件里所必需的元素''铼'',逐渐成为新闻追逐的焦点与资本眼中的新宠。铼作为一种难得的金属元素,比黄金还昂贵、比钻石还难得,有着''战略金属''''航空金属''''超级金属''等美称。那么,铼究竟是一种什么样的元素呢?它有哪些特性?有多少储量?分布在哪里?可以用来做些什么?

摘要： 针对高推重比航空发动机设计对提高高压涡轮叶片承温能力的要求,开展了高承温Ni3Al金属间化合物基单晶合金的研究.阐明了Ni基单晶高温合金在1150°C及以上温度下的蠕变强度退化机制:强化相(Ni3Al,γ相)剧烈回溶和γ/γ'相界面弱化显著减弱了位错滑/攀移运动的阻力、进而导致性能急剧下降.根据热力学计算和试验验证,提出了提高γ'相体积分数和热稳定性的合金设计思路;根据“Mo-Re共合金化对γ'相和γ/γ'相界面均具有协同强化作用”的第一性原理计算结果和试验验证,提出了Mo-Re共合金化强化γ'相的合金化方法.基于上述合金化设计,成功研制出1200°C/80MPa的持久寿命达150h以上的Ni3Al金属间化合物基单晶合金IC31.

摘要： 本文实验建立了一个三维瞬态模型来数值模拟激光多道熔覆单晶合金过程中温度场分布和熔池形状,并结合激光熔覆实验结果进行讨论.实验结果表明:激光多道搭接过程中,峰值温度随着搭接道数逐渐增加直至达到动态稳定;搭接率影响着温度场的分布及相对应的熔池形状;熔池的不对称性随着搭接率的增加而增大,并导致在搭接区域内一些柱状枝晶横向生长.数值模拟结果和实验结果吻合很好,有助于理解和控制激光多道熔覆过程中温度场的分布和熔池形状.

摘要： 对DD5单晶合金进行喷丸,研究了喷丸前后表面形貌、显微硬度梯度和高温疲劳性能等表面完整性性能变化,并研究了760°C热暴露时间对于加工硬化的影响.结果表明:喷丸后DD5单晶合金产生强烈的表面塑性形变,磨削刀痕被消除,表面粗糙度Ra和Rz升高,但表面应力集中系数下降;此外,随着热暴露时间的延长,喷丸的加工硬化效果呈现先降低后趋于稳定的趋势.作为表面完整性的综合表现,喷丸后DD5单晶合金的760°C中温缺口疲劳极限比未强化试样提高15％以上.

摘要： 本文利用SEM、TEM及能谱等研究了B和C含量对Ni3Al基单晶合金IC6SX经历1070°C长期时效后的组织和力学性能的影响。研究发现，B和C含量低的IC6SX合金试样标准热处理之后持久性能较好，但经历1070°C长期时效后，持久性能下降较快。B和C含量高的合金试样标准热处理之后组织除γ'+γ结构外，还存在大块单相γ'和硼化物，持久性能稍逊于B和C含量低的试样。B和C含量高的合金试样经历1070°C长期时效后，只有较少的碳化物及Y-NiMo相析出，持久性能优于B和C含量低的试样，且下降缓慢。

摘要： 研究了Ni3Al基单晶合金IC21不同高温时效热处理制度后的微观组织和硬度。研究结果表明，高温时效处理温度和高温时效处理时间对合金的γ'相尺寸、数量和形貌以及合金的硬度有明显影响。合金经1320°C /10h/Ar cooling固溶处理，再经870°C/32h/air cooling（AC）低温时效处理后，γ'相尺寸和体积分数较小，分别约为270nm和63%。再增加一级高温时效处理可使γ'相尺寸和体积分数发生明显变化。热处理工艺为1320°C/10h/Ar cooling+1060°C/2h/AC+870°C/32h/AC时，合金中γ'相的立方度高，分布均匀，平均尺寸和体积分数分别约为450nm和70%，且合金的硬度最高、约为370HV。随着高温时效温度的增加或高温时效时间的延长，γ'相的体积分数和尺寸增加，γ'相的形状由立方状粗化为长条状。时效处理工艺为1120°C /2h/AC+870°C/32h/AC或1060°C/6h/AC+870°C/32h/AC时，γ'相均明显粗化为长条状，合金硬度显著下降。

摘要： 采用粉末包埋渗在Ni3Al-Mo基单晶合金上分别制备了Cr-Al-Si和Cr-Al涂层，并进行1100°C/100 h的等温氧化实验。实验结果表明Cr-Al-Si涂层在氧化100 h后，增重1.24 mg/cm2，表面生成完整致密的α- Al2O3氧化膜，未发生氧化膜剥落，达到完全抗氧化级；Cr-Al涂层增重6.69 mg/cm2，涂层与基体之间发生严重元素互扩散，没有形成连续致密的Al2O3保护膜；未加涂层的合金增重39 mg/cm2，由于发生Mo的氧化，生成NiMoO4和挥发性的MoO3，氧化膜发生大面积剥落。进一步研究表明，Cr-Al-Si涂层中Si元素能阻挡Mo元素向外扩散，减缓涂层退化速度。Cr-Al-Si涂层改善了Ni3Al-Mo基合金的抗高温氧化性能。

摘要： 采用专为DD6单晶合金设计配制的中间层合金对晶体取向完全一致及存在一定差别(10°以内)的DD6单晶试棒进行了TLP扩散焊,测试了不同接头980°C的持久强度.试验结果表明,当二焊接试样的晶体取向完全一致时,可获得单晶化的DD6合金接头,其980°C持久性能可达到母材性能指标.当二焊接试样的晶体取向存在小的差别(10°以内)时,会在接头中局部区域产生再结晶,在一定程度上降低接头性能,此时接头980°C持久性能可达到DD6母材性能指标的80％.

摘要： 为了实现DD3单晶合金叶片的优质连接,采用专为DD3设计的XH4A中间层合金,对DD3进行了TLP 扩散焊试验.在1 240°C/4 h的规范下扩散焊,并在焊后按母材热处理制度进行固溶时效处理,可获得致密完整的DD3合金扩散焊接头,焊缝组织与母材类似,接头760°C和900°C拉伸强度达到母材性能指标,760°C和1 040°C持久强度分别达到母材性能指标的90﹪和80﹪.还研究了扩散焊热循环对母材组织性能的影响,结果表明,DD3合金经1 240°C/4 h热循环后,再按母材标准热处理制度进行固溶时效处理,其组织和性能与标准热处理态完全相同.研究的DD3合金TLP扩散焊工艺可用于DD3合金实际叶片构件的连接.

摘要： 对DD3单晶合金的蠕变断裂性能进行了实验研究.结果表明:DD3单晶合金高温强度和蠕变塑性均满足PWA1422涡轮叶片材料技术条件要求;采用0.2％条件蠕变变形法划分蠕变不同阶段的方法来表征蠕变性能较为合理;应力对DD3单晶合金蠕变第三阶段变形的影响随温度而有所不同;在蠕变寿命相当的情况下,温度对蠕变第三阶段变形的影响不是单调的规律。

摘要： 运用SEM、DSC、原子探针等分析手段，研究了Re在模型合金Ni-Al-Re中的分布以及Re元素的引入对合金组织特征和固液相线变化的影响。研究结果表明：Re在Ni-Al二元模型合金的引入，可以提高二元合金的固液相线温度，Re原子主要分布在析出强化相γ′相中。

摘要： 本发明公开了一种单晶高温合金的选晶方法及单晶高温合金铸件，旨在有效减小单晶高温合金的取向偏离，提高单晶高温合金的性能。为此，本发明实施例一方面提供的单晶高温合金选晶方法，将选晶器的起晶段和螺旋选晶段偏心连接，使得定向凝固过程中，起晶段芯部取向较小的晶粒从螺旋选晶段的底部偏向螺旋选晶段的起始延伸方向一侧进入螺旋选晶段内，从而获得生长优势，淘汰起晶段外侧取向偏离较大的晶粒，以此获得取向偏离较小的单晶高温合金铸件。

摘要： 本发明公开了一种含α+α′相的β相Ti2448生物医用合金单晶的制法及单晶，包括S1用静水压法将配制的合金粉压制成料棒，再将料棒烧结成多晶棒；S2在超高温光学浮区炉的上、下端各固定一多晶棒，两棒的另端在加温区内靠近；密封炉后同向或反向同时旋转两棒，并快速升温使两端点熔融，控制旋转速度稳定熔融，对接形成稳定熔区；之后移动加温区进行晶体生长，结束后断电自然冷却至室温，取出Ti2448单晶棒。与现有技术相比，本发明晶体生长过程简单，可重复性强，利用光学浮区法生长而得的单晶无宏观缺陷、直径为厘米级，Ti2448生物医用合金单晶材料的强度和塑性大幅提高且保持了较低的弹性模量。

摘要： 本发明涉及高温防护涂层制备领域，具体为一种单晶高温合金基体上单晶MCrAlY涂层的激光熔覆成形方法。首先，将待熔覆涂层的单晶高温合金试样表面进行砂纸打磨及喷砂处理，保证试样表面无氧化膜等杂质；其次，根据单晶高温合金试样表面的形状，利用计算机软件规划出激光扫描路径；而后，利用激光束依照规划好的路径，采用同轴送粉的粉末输送方式进行熔覆成形；最后，在特定温度进行退火处理以获得无应力、元素成分和显微组织良好的涂层组织。采用本发明方法制备的单晶MCrAlY涂层，晶体取向与合金基体一致，且涂层与基体的接触面可形成致密的冶金结合，服役过程中不易剥落。

摘要： 本发明公开了一种单晶高温合金的选晶方法及单晶高温合金铸件，旨在有效减小单晶高温合金的取向偏离，提高单晶高温合金的性能。为此，本发明实施例一方面提供的单晶高温合金选晶方法，将选晶器的起晶段和螺旋选晶段偏心连接，使得定向凝固过程中，起晶段芯部取向较小的晶粒从螺旋选晶段的底部偏向螺旋选晶段的起始延伸方向一侧进入螺旋选晶段内，从而获得生长优势，淘汰起晶段外侧取向偏离较大的晶粒，以此获得取向偏离较小的单晶高温合金铸件。

摘要： 本发明提供一种改性镍基单晶高温合金、镍基单晶高温合金的中温持久性能的改性方法及应用。所述改性镍基单晶高温合金包含镍基单晶高温Base合金的成分及微量元素；所述镍基单晶高温Base合金的成分包括Cr、Al、Ta、Co、Mo、Re、W、Nb、Y和Ni；所述微量元素选自Hf、B和C中的至少一种。本发明所述的改性方法简单可靠，成本低，适用于工业化生产，在第三代单晶高温合金涡轮工作叶片的改性中具有广阔的前景。

摘要： 本发明涉及一种镍铜（111）合金单晶薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1，提供蓝宝石基片；S2，在蓝宝石基片的晶面Al2O3(0001)上沉积50‑5000nm厚的金属薄膜，得到沉积有镍铜合金的蓝宝石衬底，其中，该金属薄膜为镍原子占原子总数的1‑40％的由镍原子和铜原子组成的合金薄膜；S3，将蓝宝石衬底放入化学气相沉积炉中，在氩气和氢气的气体氛围中进行退火处理，得到(111)晶向的单晶薄膜。本发明还涉及一种根据上述的制备方法得到的镍铜(111)合金单晶薄膜。根据本发明的制备方法获得的镍铜(111)合金单晶薄膜，极大地提高石墨烯的性能，为下一步石墨烯在微电子领域中的应用奠定基础。

摘要： 本发明公开了一种含α+α′相的β相Ti2448生物医用合金单晶的制法及单晶，包括S1用静水压法将配制的合金粉压制成料棒，再将料棒烧结成多晶棒；S2在超高温光学浮区炉的上、下端各固定一多晶棒，两棒的另端在加温区内靠近；密封炉后同向或反向同时旋转两棒，并快速升温使两端点熔融，控制旋转速度稳定熔融，对接形成稳定熔区；之后移动加温区进行晶体生长，结束后断电自然冷却至室温，取出Ti2448单晶棒。与现有技术相比，本发明晶体生长过程简单，可重复性强，利用光学浮区法生长而得的单晶无宏观缺陷、直径为厘米级，Ti2448生物医用合金单晶材料的强度和塑性大幅提高且保持了较低的弹性模量。

摘要： 本发明提供了一种镍基单晶高温合金籽晶合金的成分设计方法及镍基单晶高温合金籽晶合金，属于单晶高温合金制备技术领域。本发明所述成分设计方法所得镍基单晶高温合金籽晶合金能与镍基单晶高温合金的母合金保持高度的匹配性，使两者晶格常数差不超过1.5％；本发明所述镍基高温合金籽晶与其所生长的单晶合金在相同温度梯度下的枝晶间距不超过50μm，能够减小籽晶和单晶母合金之间的界面能，并减小单晶中各元素在枝晶间的偏析，有效提高了籽晶外延生长速率与单晶高温合金组织的致密性和均匀性；本发明所制备的镍基单晶高温合金籽晶合金与母合金的液相线温度相差不超过20°C，有效降低了因籽晶回熔产生的杂晶，从而防止单晶制备失败或取向偏离的概率。

摘要： 本发明提供了一种镍基单晶高温合金籽晶合金的成分设计方法及镍基单晶高温合金籽晶合金，属于单晶高温合金制备技术领域。本发明所述成分设计方法所得镍基单晶高温合金籽晶合金能与镍基单晶高温合金的母合金保持高度的匹配性，使两者晶格常数差不超过1.5％；本发明所述镍基高温合金籽晶与其所生长的单晶合金在相同温度梯度下的枝晶间距不超过50μm，能够减小籽晶和单晶母合金之间的界面能，并减小单晶中各元素在枝晶间的偏析，有效提高了籽晶外延生长速率与单晶高温合金组织的致密性和均匀性；本发明所制备的镍基单晶高温合金籽晶合金与母合金的液相线温度相差不超过20°C，有效降低了因籽晶回熔产生的杂晶，从而防止单晶制备失败或取向偏离的概率。

摘要： 本发明是关于一种Ni‑Al二元单晶合金、Ni‑Al二元模型单晶合金及其制备方法，涉及单晶合金技术领域。主要采用的技术方案为：以重量百分含量计，所述Ni‑Al二元单晶合金包括：铝6‑10wt％、镍90‑94wt％。所述Ni‑Al二元单晶合金经热处理后，得到Ni‑Al二元模型单晶合金；且该Ni‑Al二元模型单晶合金具有γ/γ′两相组织，且Ni‑Al二元模型单晶合金中的γ′相的体积分数不小于50％。本发明主要用于通过设计及制备一种Ni‑Al二元单晶合金，该Ni‑Al二元单晶合金经热处理后能得到与先进单晶高温合金相似的γ/γ′双相组织的模型单晶合金，以用于指导单晶高温合金的显微组织调控、元素作用、微观变形机理等基础性研究。