鎳基單晶高溫合金的制備及難熔元素對其熔體結構的影響.pdf

1、鎳基單晶高溫合金具有優(yōu)異的綜合性能,是制造航空發(fā)動機渦輪葉片的關鍵材料,其研制和開發(fā)一直得到各國的高度重視。鎳基單晶高溫合金中雀斑缺陷的存在嚴重影響了高溫合金的使用壽命和綜合性能,對于雀斑缺陷的進一步研究將有助于控制生產過程中雀斑缺陷的形成,改善高溫合金性能。
　　本文利用定向凝固方法制備了單晶高溫合金樣品,并觀察了其中的雀斑缺陷。由于Re、W、Ta等難熔元素不僅對雀斑缺陷的形成有重要影響,同時也對高溫合金的組織性能有很大作用,因

2、此本文利用從頭算分子動力學方法,建立模型,模擬了純Ni及合金Ni106Re2、Ni106W2、Ni106Ta2在高溫液態(tài)下的結構特征和擴散系數,研究了微量難熔元素的添加對高溫合金的影響;同時為了更進一步研究難熔元素對Ni體系的影響,我們選擇Ta元素,逐漸增加其在Ni-Ta合金中的含量,研究了難熔元素在液態(tài)Ni合金中的作用。
　　通過計算發(fā)現,少量難熔元素的加入對合金整體熔體結構影響不大,但體系在難熔元素Ta和Re、W附近的原子分布

3、有所不同;在純Ni熔體中,與二十面體結構密切相關的鍵型15lm占絕大比例, Ni熔體中短程結構以5度對稱的二十面體結構為主。盡管在Ni熔體中加入難熔元素Re、W、Ta對熔體結構影響不大,但15lm隨著Re、W、Ta的加入而增加,難熔元素加入后,可以在Ni熔體中形成核心,使得原子更加容易在難熔元素附近聚合,而使結構更加有序;對于純Ni體系,Ni原子的擴散系數滿足阿累尼烏斯方程式;當加入Re和W之后,合金中Ni原子的自擴散系數仍然符合阿累尼

4、烏斯方程,但前置因子和擴散激活能均隨著難熔元素的加入而減小;而加入 Ta原子后,Ni的擴散系數則不再滿足阿累尼烏斯方程。
　　隨著Ta原子在Ni熔體中的含量增加,體系的結構逐漸發(fā)生變化,由二十面體占優(yōu)的5軸對稱結構轉變?yōu)?軸對稱結構,鍵角分布逐漸由55°和107°兩個峰值,變化為59°和111°。同時各種原子的擴散系數由計算得出,同一體系中Ta原子的擴散系數均小于Ni原子,而液態(tài)Ni隨著Ta原子含量的增加,體系中原子的擴散系數并不