1、什么是金属间化合物，性能特征
答：金属间化合物：金属与金属或金属与类金属之间所形成的化合物。
由两个或多个的金属组元按比例组成的具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构和金属基本特性的化合物。
金属间化合物的性能特点：力学性能：高硬度、高熔点、高的抗蠕变性能、低塑性等；良好的抗氧化性；特殊的物理化学性质：具有电学、磁学、声学性质等，可用于半导体材料、形状记忆材料、储氢材料、磁性材料等等。
2、含有金属间化合物的二元相图类型及各自特点
答：熔解式金属间化合物相：在相图上有明显的熔化温度，并生成成分相同的液相。通常具有共晶反应或包晶反应。化合物的熔点往往高于纯组元。
分解式金属间化合物相：在相图上没有明显的熔解温度，当温度达到分解温度时发生分解反应，即β＜＝＞L+α。常见的是由包晶反应先生成的。化合物的熔点没有出现。
固态生成金属间化合物相：通过有序化转变得到的有序相。经常发生在一定的成分区间和较无序相低的温度范围。通过固态相变而形成的金属间化合物相，可以有包析和共析两种不同的固态相变。
3、金属间化合物的溶解度规律特点
答：（1）由于金属间化合物的组元是有序分布的，组成元素各自组成自己的亚点阵。固溶元素可以只取代某一个组成元素，占据该元素的亚点阵位置，也可以分布在不同亚点阵之间，这导致溶解度的有限性。
（2）金属间化合物固溶合金元素时有可能产生不同的缺陷，称为组成缺陷（空位或反位原子）。但M元素取代化合物中A或B时，A和B两个亚点阵中的原子数产生不匹配，就会产生组成空位或组成反位原子（即占领别的亚点阵位置）。
（3）金属间化合物的结合键性及晶体结构不同于其组元，影响溶解度，多为有限溶解，甚至不溶。表现为线性化合物。
（4）当第三组元在金属间化合物中溶解度较大时，第三组元不仅可能无序取代组成元素，随机分布在亚点阵内，而且第三组元可以从无序分布逐步向有序化变化，甚至生成三元化合物。
4、金属间化合物的结构类型及分类方法（未完）
答：第一种分类方法：按照晶体结构分类（几何密排相（ GCP相）和拓扑密排相（TCP相））。第二种分类方法：按照结合键的特点分类：a结合键性和其金属组成元素相似，主要是金属键。b结合键是金属键含有部分定向共价键。c具有强的离子键结合。d具有强的共价键结合。
第三种分类方法：按照影响其结构稳定性的主要因素分类（类型：价电子化合物、电子化合物（电子相）、尺寸因素化合物）
第四种分类方法：按照化学元素原子配比的特点分类。
5、什么是长程有序和短程有序度，举例说明长程有序度随温度变化规律
答：长程有序度σ定义为：
Pαα为α原子占据α亚点阵的几率（α=A或B），Cα0为α原子的当量成分。
短程有序度s是指某一种原子周围最近全部异类原子对的数目NAB：
s =（2NAB- N*）/N* N*为近邻总的原子对数。
长程有序度随温度升高的变化：
第一类：随温度升高，长程有序度连续减小到Tc温度时为0。如CuZn
第二类：随温度上升，长程有序度有少量连续的降低，但直到Tc温度长程有序度才突然降到0，Tc为无序有序转变温度。如Cu3Au
但高于Tc仍有短程序存在。
6、金属间化合物的基本结构特点
答：1、无序态、有序态和液态2、有序无序转变3、金属键与共价键的双重性4、结构复杂性5、超点阵位错6当金属间化合物中添加第三组元（合金化）时，第三组元会占据晶胞一定的点阵位置。7、合金化诱导晶体结构变化8、形变诱导结构变化：有序金属间化合物在形变过程中可能发生相结构变化9有序金属间化合物的晶界结构与无序相的晶界结构不同，
许多金属间化合物表现出严重的晶界脆性，优先发生沿晶断裂。
7、微量B在Ni3Al中的作用机理
答：微量硼的加入可以最有效地提高Ni3Al (< 25%Al) 在空气中的室温拉伸延伸率。
实验证明硼偏聚在Ni3Al 晶界上使含硼Ni3Al 韧化（偏析量受Al含量影响）。
B 和Ni共偏析造成晶界成分性无序区；晶界区有一层沿晶界的绳状特征----无序区；无序区的尺度很小（20nm内）；影响晶界裂纹尖端发射位错的能力和位错运动穿过境界的能力，从而韧化晶界。硼可以抑制Ni3Al 的环境敏感脆化。
8、金属间化合物（Al化物）熔炼特点及熔炼铸造方法
熔炼金属间化合物具有自身特点（特别是铝化物）：（1）合金元素溶解过程反应热高（反应放热）；（2）对间隙元素敏感性高；（3）合金元素含量高（例如铝化物中的铝）；（4）合金中各元素物性差别大（例如各元素熔点）；（5）性能对组织敏感性高等。
主要熔炼方法：感应熔炼，真空电弧熔炼，电渣重熔，等离子电弧熔炼，感应凝壳熔炼，电子束熔炼等。
主要铸造工艺：砂型铸造、熔模铸造、近净成形铸造、定向凝固以及单晶制备技术，喷射铸造(喷射沉积) ，低压铸造等。
9、金属间化合物能否采用变形加工基本判据在预期的热加工温度和大约10-1/s的工业应变速率下，铸态组织的塑性要等于或高于30%；在所采用的热加工温度或变形速率下，合金的流变应力应相当于室温流变应力的1/5到1/10；在一个宽的温度范围内维持高塑性；在热加工条件下，不形成低熔点的液体；无环境影响；良好的中温塑性（大于等于10%）以避免在热加工后的冷却过程中产生断裂等。
10、金属间化合物的强度特点归纳来说，屈服强度与温度关系可分为三类：A 类金属间化合物的屈服强度随温度升高而提高(如单晶 TiAl、Ni3Al)；B 类的屈服强度随温度升高无明显下降，但在低温区却随温度降低有明显硬化(如单晶 NiAl)；C 类金属间化合物的屈服强度随温度升高而降低。
金属间化合物力学性能的一个显著特点，是屈服强度反常温度关系，即 R 现象。很高的高温强度。
11、本征脆性影响因素本征脆性是指由金属间化合物的结构和位错运动特征带来的固有的脆
性。影响：电子结构特征；位错运动特征；晶体结构特征；晶界本征脆性及晶界附近区变形特征；应力状态特征和材料的缺口敏感特征；气体杂质原子、间隙原子和点缺陷特征。12、产生环境脆性原因，及低温环境敏感氢脆性的特点
通常金属间化合物的环境脆性是指一种水汽环境诱导的室温脆性。尤其当材料中含有一种活性组员，例如，铝化物中的铝，硅化物中的硅，都是活性组员。它们在室温下就会与空气中的水汽发生表面反应，产生活性原子氢，深入材料表面，使之发生氢脆。
低温环境敏感氢脆一般有如下特点：室温塑性与应变速度有关，在高应变速度下一般强于低应变速度；氢脆现象常在低温发生；氢脆现象是可逆的；屈服强度与变形速度无关；易发生延晶断裂。
13、改善金属间化合物的脆性方法
控制化学计量比，微合金化、合金化；提高晶体对称性（通过晶格参数改变、晶体结构转变）；显微组织控制；添加第三元素改变晶界结构，消除晶界脆性因素；消除成分偏析：高纯度的合金，塑性较高；细化晶粒：细化元素、快速凝固、机械合金化、纳米晶；热加工技术；复合增韧技术；消除环境脆化：保护膜（氧化膜）防止空气或水分子进入。例如：合金化改变表层的氧化膜或通过热处理形成致密的氧化膜。
14、相图中出现的三种类型金属间化合物
15、改善铁的铝化物的任性途径
对于FeAl 和Fe3Al 脆性原因的认识使人们找到了设计韧性铁-铝合金的新方向：添加铬合
金元素和/或在空气中预氧化在表面形成具有保护作用的氧化膜；通过热机械处理细化晶粒；通过添加Zr、B 和C 形成如锆的硼化物等的第二相粒子细化晶粒；添加微量硼提高晶界的结合强度；合金化(如添加硼) 降低氢的溶解度和扩散速率。
16、铁铝系金属间化合物的发展趋势Fe-A l 金属间化合物在实用化方面要取得更大的发展, 尚需在以下几个方面进行研究:
通过微合金化来提高Fe-A l 金属间化合物的塑性和韧性及高温综合性能。
通过铸造获取其他加工方法不能获得的所需形状。
通过热形变处理, 既可获得所需要的形状, 又细化晶粒, 提高材料塑性, 改善材料的强韧性。
利用Fe-A l 金属间化合物的半陶瓷性能, 设计新型的复合材料。
解决材料的加工硬化问题, 通过材料的冷加工, 获得材料的精确形状。
开发Fe-A l 合金的粉体制备工艺, 研究Fe-A l的喷涂技术, 充分利用该材料良好的耐腐蚀性。
17、Ni3Al的中温脆性改善方法在空气中测试, 中温(500～600℃附近) 拉伸延伸率大幅度下降, 产生所谓中温脆性现象。
加入质量分数为8% 的铬元素可以有效地减轻其中温脆性; 通过定向凝固获得柱状晶也有效地抑制其中温脆性。
18、改善NiAl合金室温塑性方法合金化是改善nial合金室温塑性最为常用的手段之一，适量的Fe、Mo和Ga能提高nial合金的室温塑性；宏合金化也被用来改善室温塑韧性，其思想是引入塑性第二相并通过塑性相变形来增加nial材料的塑韧性；改善多晶nial合金的室温塑性另一条途径是细化晶粒。
19、tial系金属间化合物优缺点及改善室温塑性方法
γ-TiA1基合金具有许多突出特点，例如：密度低；具有高的比强度和比弹性模量；在高温时仍可以保持足够高的强度和刚度；TiAl合金具有很好的阻燃性能和抗氧化性能；具有良好的抗蠕变及抗氧化能力等等。
缺点：成形性差；难以加工成结构部件；对于1000℃以上使用的高温部件具有相对较低的高温强度；拉伸强度、塑性与断裂/蠕变抗力具有反常关系；800℃以上的抗氧化性能不足。
室温塑性低；
通过组织控制来改善TiAl基合金的室温塑性的途径有:
（1）控制合金成分，使Al含量在46at%-49at%范围内，引入少量α2-Ti3Al相，形成双相TiAl合金组织。
(2) 细化合金的晶粒尺寸，获得亚微米级或者纳米级的晶粒，从而获得较好的室温塑性；（3）控制等轴γ相、α2相及层片组织的含量。
（4）改进合金的成形方法：通过热机械处理（如等温锻造、热挤压等方法）和随后的热处理控制材料的最终显微组织；采用定向凝固技术、快速凝固技术以及HIP技术改善合金的显微组织。（5）提高合金纯度、减少有害相的存在。（6）通过添加V、Cr、Mn等合金元素，减小γ相的单胞体积或轴比。（7）降低环境脆性。（8）在基体中加入塑性粒子或塑性纤维。在TiA1基合金基体中加入塑性粒子或塑性纤维，发展以TiA1合金为基的复合材料，以此来提高室温塑性。
20、tial合金微合金化及合金化元素的作用
（1）V、Mn、Cr、Mo、B、Sn、Ni、Y，这类合金元素可以提高合金的塑性。
（2）Nb、Cr、W、Mo、Ta、Si、P、Sb，这类合金元素可以提高合金的抗氧化性。
（3）Si、Er、Nb、W、Ta、C、N、O，这类合金元素可以提高合金的抗蠕变性能。
（4）Cr、C、N，这类合金元素可以提高合金的断裂韧性。加C、N后由于固溶强化、弥散强化的作用而使合金的断裂韧性提高。
（5）Nb、Mo、B、Y，这类合金元素可以提高合金的强度。
（6）W、Si、Nb，这类合金元素可以提高合金的组织稳定性。
（7）W、C、N，这类合金元素可以提高合金的显微硬度。
目录 摘要 (1) 1金属间化合物的定义 (1) 2金属间化合物晶体结构 (1) 2.1 金属间化合物晶体结构分类 (1) 2.2金属间化合物晶体结构特点 (2) 2.2.1几何密排相 (2) 2.2.2拓扑密排相 (5) 2.3 金属间化合物晶体结构的稳定性 (6) 2.3.1几何密排相 (8) 2.3.2拓扑密排相 (10) 3金属间化合物的电子理论 (11) 3.1金属间化合物的结合键形式 (11) 3.2合金的基态性质 (12) 3.3金属间化合物的电子结构方法 (13) 4 总结 (16) 5 参考文献 (16)
金属间化合物晶体结构、结构稳定性和电子理论 摘要 为了促进金属间化合物在结构材料方面的应用，首先必须理解金属间化合物的晶体结构、结构稳定性及电子理论。本文从金属间化合物的定义出发，详细介绍了金属间化合物晶体结构的分类、特点和稳定性，并且为了弄清金属间化合物的结合键形式，从合金的基态性质出发介绍了两种研究金属间化合物电子结构的方法，即第一性原理和固体与分子经验电子理论。作者认为，金属间化合物的电子结构决定了结合键形式，而结合键形式又决定了结构类型。根据能量最低最稳定的原则，表征晶体结构的参数应以原子结合能为主，其它参数如原子尺寸、负电性和电子浓度均不够全面，金属间化合物的电子结构计算方法也应着重计算不同结构下的原子结合能。 关键词：金属间化合物，晶体结构，结合键，基态性质，第一性原理 1金属间化合物的定义 金属间化合物是指由两个或更多的金属组元或类金属组元按比例组成的具有金属基本特性和不同于其组元的长程有序晶体结构的化合物。金属间化合物具有金属的基本特性，如金属光泽、金属导电性及导热性等。金属间化合物的晶体结构不同于其组元，为有序的超点阵结构。组元原子各占据点阵的固定阵点，最大程度地形成异类原子之间的结合。 2金属间化合物晶体结构 2.1 金属间化合物晶体结构分类 图1为金属间化合物晶体结构的分类，粗略分为两类，即几何密排相（Geometrically Close-packed Phase）和拓扑密排相（Topologically Close-packed Phase）。几何密排相是由密排面按不同方式堆垛而成的，根据密排面上A原子和B原子的有序排列方式和密排面的堆垛方式，几何密排相又分为多种类型，常见的有以面心立方结构为基的长程有序结构、以体心立方结构为基的长程有序结构、以密排六方结构为基的长程有序结构和长周期超点阵。几何密排相有较高的对称性，位错运动滑移面较多，是有利于得到塑性的晶体结构。我们知道，等径原子最紧密堆垛的配位数只能是12，致密度为0.74。在这种紧密堆垛结构中存在四面体间隙和八面体间隙。间隙最小为四面体间隙，因此这种堆垛还不是最紧
1、什么是金属间化合物，性能特征？ 答：金属间化合物：金属与金属或金属与类金属之间所形成的化合物。 由两个或多个的金属组元按比例组成的具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构和金属基本特性的化合物。 金属间化合物的性能特点：力学性能：高硬度、高熔点、高的抗蠕变性能、低塑性等；良好的抗氧化性；特殊的物理化学性质：具有电学、磁学、声学性质等，可用于半导体材料、形状记忆材料、储氢材料、磁性材料等等。 2、含有金属间化合物的二元相图类型及各自特点？ 答：熔解式金属间化合物相：在相图上有明显的熔化温度，并生成成分相同的液相。通常具有共晶反应或包晶反应。化合物的熔点往往高于纯组元。 分解式金属间化合物相：在相图上没有明显的熔解温度，当温度达到分解温度时发生分解反应，即β＜＝＞L+α。常见的是由包晶反应先生成的。化合物的熔点没有出现。 固态生成金属间化合物相：通过有序化转变得到的有序相。经常发生在一定的成分区间和较无序相低的温度范围。通过固态相变而形成的金属间化合物相，可以有包析和共析两种不同的固态相变。 3、金属间化合物的溶解度规律特点？ 答：（1）由于金属间化合物的组元是有序分布的，组成元素各自组成自己的亚点阵。固溶元素可以只取代某一个组成元素，占据该元素的亚点阵位置，也可以分布在不同亚点阵之间，这导致溶解度的有限性。 （2）金属间化合物固溶合金元素时有可能产生不同的缺陷，称为组成缺陷（空位或反位原子）。但M元素取代化合物中A或B时，A和B两个亚点阵中的原子数产生不匹配，就会产生组成空位或组成反位原子（即占领别的亚点阵位置）。 （3）金属间化合物的结合键性及晶体结构不同于其组元，影响溶解度，多为有限溶解，甚至不溶。表现为线性化合物。 （4）当第三组元在金属间化合物中溶解度较大时，第三组元不仅可能无序取代组成元素，随机分布在亚点阵内，而且第三组元可以从无序分布逐步向有序化变化，甚至生成三元化合物。 4、金属间化合物的结构类型及分类方法？（未完） 答：第一种分类方法：按照晶体结构分类（几何密排相（GCP相）和拓扑密排相（TCP相））。第二种分类方法：按照结合键的特点分类：a结合键性和其金属组成元素相似，主要是金属键。b结合键是金属键含有部分定向共价键。c具有强的离子键结合。d具有强的共价键结合。 第三种分类方法：按照影响其结构稳定性的主要因素分类（类型：价电子化合物、电子化合物（电子相）、尺寸因素化合物） 第四种分类方法：按照化学元素原子配比的特点分类。 5、什么是长程有序和短程有序度，举例说明长程有序度随温度变化规律？ 答：长程有序度σ定义为： Pαα为α原子占据α亚点阵的几率（α=A或B），Cα0为α原子的当量成分。
一系:1000系列铝合金代表1050、1060 、1100系列。在所有系列中1000系列属于含铝量最多的一个系列。纯度可以达到99.00%以上。由于不含有其他技术元素，所以生产过程比较单一，价格相对比较便宜，是目前常规工业中最常用的一个系列。目前市场上流通的大部分为1050以及1060系列。1000系列铝板根据最后两位阿拉伯数字来确定这个系列的最低含铝量，比如1050系列最后两位阿拉伯数字为50，根据国际牌号命名原则，含铝量必须达到99.5%以上方为合格产品。我国的铝合金技术标准(gB/T3880-2006)中也明确规定1050含铝量达到99.5%.同样的道理1060系列铝板的含铝量必须达到99.6%以上。 工业纯铝具有铝的一般特点，密度小，导电、导热性能好，抗腐蚀性能好，塑性加工性能好，可加工成板、带、箔和挤压制品等，可进行气焊、氩弧焊、点焊。 特点:含铝99.00%以上,导电性有好,耐腐蚀性能好,焊接性能好,强度低,不可热处理强化. 应用范围：高纯铝(含铝量99.9%以上)主要用于科学试验,化学工业及特殊用途. 特点：:以铜为主要合元素的含铝合金.也会添加锰、镁、铅和铋为了切削性。 如：2011合金，在熔练过程中要注意安全防护（会产生有害气体）。2014合金用天航空工业，强度高。2017合金比2014合金强度低一点，但比较容易加工。2014可热处理强化。 缺点：晶间腐蚀倾向严重。 应用范围：航空工业（2014合金），螺丝（2011合金）和使用温度较高的行业（2017合金）。 特点：以锰为主要合金元素的铝合金，不可热处理强化，耐腐蚀性能好，焊接性能好。塑性好。（接近超铝合金）。 缺点：强度低，但可以通过冷加工硬化来加强强度。退火时容易产生粗大晶粒。 应用范围：飞机上使用的导油无缝管（3003合金），易拉罐（3004合金）。 阳极氧化可行性：1xxx系铝合金又称“纯铝”,一般不用于硬质阳极氧化。但在光亮阳极氧化和保护性阳极氧化具有很好的特性。 二系:2000系列铝合金代表2024、2A16（LY16）、2A02（LY6）。2000系列铝板的特点是硬度较高，其中以铜原属含量最高，大概在3-5%左右。2000系列铝棒属于航空铝材，目前在常规工业中不常应用。 硬铝：代号2XXX，常用的有2A11、2A12等。硬铝有良好的机械性能，强度大（如2A12-T4抗拉强度可达469MPa以上）又便于加工，而且密度小，可作轻型结构材料。一般的硬铝中，镁不超过2%。锰可提高强度和耐蚀性，但一般限制锰小于1%，加入少量的钛可细化晶粒，铁与硅均限制在小于0.5-0.6%，并希望铁硅比值大于等于一。硬铝的缺点主要有：1）耐蚀性不良，因此不得不在硬铝板材表面用轧制方法包一层工业纯铝（纯铝厚度占板材厚度3-5%）成为包铝硬铝。有包铝层时强度有所下降。2）固溶处理温度范围窄，小于此温度不能发挥最大强化效果，而超出上限温度，又有产生晶界“过”的可能使晶粒聚集受到破坏。3）焊接裂纹倾向大，用熔焊法有困难。 阳极氧化可行性：2xxx系铝合金又称“铝铜镁合金”，由于合金中的Al-Cu金属间化合物在阳极氧化时易溶解，因此难以生成致密的阳极氧化膜，在保护性阳极氧化时，其耐腐蚀性
一系:1000系列铝合金代表 1050、1060 、1100系列。在所有系列中1000系列属于含铝量最多的一个系列。纯度可以达到99.00%以上。由于不含有其他技术元素，所以生产过程比较单一，价格相对比较便宜，是目前常规工业中最常用的一个系列。目前市场上流通的大部分为1050以及1060系列。1000系列铝板根据最后两位阿拉伯数字来确定这个系列的最低含铝量，比如1050系列最后两位阿拉伯数字为50，根据国际牌号命名原则，含铝量必须达到99.5%以上方为合格产品。我国的铝合金技术标准(gB/T3880-2006)中也明确规定1050含铝量达到99.5%.同样的道理1060系列铝板的含铝量必须达到99.6%以上。 工业纯铝具有铝的一般特点，密度小，导电、导热性能好，抗腐蚀性能好，塑性加工性能好，可加工成板、带、箔和挤压制品等，可进行气焊、氩弧焊、点焊。 特点:含铝99.00%以上,导电性有好,耐腐蚀性能好,焊接性能好,强度低,不可热处理强化. 应用范围：高纯铝(含铝量99.9%以上)主要用于科学试验,化学工业及特殊用途. 特点：:以铜为主要合元素的含铝合金.也会添加锰、镁、铅和铋为了切削性。 如：2011合金，在熔练过程中要注意安全防护（会产生有害气体）。2014合金用天航空工业，强度高。2017合金比2014合金强度低一点，但比较容易加工。2014可热处理强化。 缺点：晶间腐蚀倾向严重。 应用范围：航空工业（2014合金），螺丝（2011合金）和使用温度较高的行业（2017合金）。 特点：以锰为主要合金元素的铝合金，不可热处理强化，耐腐蚀性能好，焊接性能好。塑性好。（接近超铝合金）。 缺点：强度低，但可以通过冷加工硬化来加强强度。退火时容易产生粗大晶粒。 应用范围：飞机上使用的导油无缝管（3003合金），易拉罐（3004合金）。 阳极氧化可行性：1xxx系铝合金又称“纯铝”,一般不用于硬质阳极氧化。但在光亮阳极氧化和保护性阳极氧化具有很好的特性。 二系:2000系列铝合金代表2024、2A16（LY16）、 2A02（LY6）。2000系列铝板的特点是硬度较高，其中以铜原属含量最高，大概在3-5%左右。2000系列铝棒属于航空铝材，目前在常规工业中不常应用。 硬铝：代号2XXX，常用的有2A11、2A12等。硬铝有良好的机械性能，强度大（如2A12-T4抗拉强度可达469MPa以上）又便于加工，而且密度小，可作轻型结构材料。一般的硬铝中，镁不超过2%。锰可提高强度和耐蚀性，但一般限制锰小于1%，加入少量的钛可细化晶粒，铁与硅均限制在小于0.5-0.6%，并希望铁硅比值大于等于一。硬铝的缺点主要有：1）耐蚀性不良，因此不得不在硬铝板材表面用轧制方法包一层工业纯铝（纯铝厚度占板材厚度3-5%）成为包铝硬铝。有包铝层时强度有所下降。2）固溶处理温度范围窄，小于此温度不能发挥最大强化效果，而超出上限温度，又有产生晶界“过”的可能使晶粒聚集受到破坏。3）焊接裂纹倾向大，用熔焊法有困难。 阳极氧化可行性：2xxx系铝合金又称“铝铜镁合金”，由于合金中的Al-Cu金属间化合物在阳极氧化时易溶解，因此难以生成致密的阳极氧化膜，在保护性阳极氧化时，其耐腐蚀性
Ti-Al基金属间化合物的研究进展 课程：新型金属结构材料 学院：材料学院 学号：2009200615 姓名：王永福
Ti-Al基金属间化合物的研究进展 摘要: 因密度、比刚度、高温比强度和阻燃性等方面的优势，Ti-Al基金属间化合物被认为是最有应用潜力的新一代航空及高温结构材料。本文在介绍Ti-Al基金属化合物基本性质及组织的基础上，讨论γ-TiAl基金属化合物力学性质与显微组织的关系。指出γ-TiAl基金属化合物存在的室温脆性，高温氧化性不足等问题，并提出合金化，材料复合化等相应的解决方法。 关键词: TiAl, γ-TiAl, 金属间化合物 随着航空航天技术的不断发展，为了提高发动机的热效率和减轻零部件的自重，并满足材料在航空航天中的服役条件，要求使用的材料具有高的高温强度、良好的抗蠕变性和抗氧化性以及低的密度。TiAl基金属间化合物具备以上提出的性能要求，与目前使用的Ni基超合金相比较，除了室温塑性较低之外，TiAl基合金其他方面的力学性能与Ni基超合金相当。然而，TiAl基合金的密度却不及Ni基超合金的一半。与钛合金相比，TiAl基合金的高温性能高出许多[1]。所以TiAl基合金作为高温结构材料的最大优势在于，在具有良好的高温性能的前提下，密度很低。所以TiAl基金属间化合物所具有的特性，使其作为一种理想的、有待开发的新型航空航天用高温结构材料一直倍受研究者的重视。 1 Ti-Al基化合物性质及α2+γ双相合金常见组织特征 1.1 Ti-Al基金属间化合物的基本性质 TiAl基合金密度低，具有高的比强度和比弹性模量，在高温时仍可以保持足够高的强度和刚度，同时它还具有良好的抗蠕变及抗氧化能力。经过第1代TiAl 基合金（Ti48Al4V0.1C）以及第2代TiAl基合金（Ti48Al2(Cr，Mn)2Nb）的发展，在此基础上，近年来，研究者又开发出了第3、4代合金，通过合金化和组织控制使拉伸性能、断裂韧性，蠕变性能以及抗氧化性能等都得到普遍提高[2]。随着对Ti-Al基金属化合物研究的深入，目前得到的大家比较公认的Ti-Al二元相图如图1所示[3]：
◆山水世人出品金属间化合物（IMC）浅析?山水世人
◆山水世人出品 目录 ?IMC定义 ?IMC的特点及应用领域 ?IMC对焊点的影响 ?IMC的形成和长大规律 ?如何适当的控制IMC ?保护板镀层中IMC实例 ?总结
◆山水世人出品 IMC的定义 金属间化合物（i t t lli d）是指金属与金属金属与类?intermetallic compound）是指金属与金属、金属与类金属之间以金属键或共价键形式结合而成的化合物。在金属间化合物 中的原子遵循着某种有序化的排列。Cu 6Sn5、Cu3Sn、CuZn、InSb、 等都是金属间化合物 GaAs、CdSe等都是金属间化合物， ?金属间化合物与一般化合物是有区别的。首先，金属间化合物的组成常常在一定的范围内变动；其次金属间化合物中各元素的化合价很难确定，而且具有显著的金属键性质。
◆山水世人出品 IMC的特点及应用领域 ?金属间化合物在室温下脆性大，延展性极差，很容易断裂，缺乏实用金属间化合物在室温下脆性大延展性极差很容易断裂缺乏实用价值。经过50多年的实验研究，人们发现，含有少量类金属元素如硼元素的金属间化合物其室温延展性大大提高，从而拓宽了金属间化合物的应用领域。与金属及合金材料相比，金属间化合物具有极好的耐高温及耐磨损性能，特别是在一定温度范围内，合金的强度随温度升高而增强，是耐高温及耐高温磨损的新型结构材料。 ?除了作为高温结构材料以外，金属间化合物的其他功能也被相继开发，稀土化合物永磁材料、储氢材料、超磁致伸缩材料、功能敏感材料等稀土化合物永磁材料储氢材料超磁致伸缩材料功能敏感材料等也相继开发应用。 ?金属间化合物材料的应用，极大地促进了当代高新技术的进步与发展，促进了结构与元器件的微小型化、轻量化、集成化与智能化，促进了促进了结构与元器件的微小型化轻量化集成化与智能化促进了 新一代元器件的出现。金属间化合物这一“高温英雄”最大的用武之地是将会在航空航天领域，如密度小、熔点高、高温性能好的钛铝化合物等具有极诱人的应用前景 合物等具有极诱人的应用前景。
钛铝系金属间化合物薄膜的制备和摩擦性能 田明霞,李长生,张晔,金岚,孙建 (江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013) 摘 要: 应用射频磁控溅射方法沉积钛铝系金属间化合物薄膜;用X 射线衍射仪(XRD)、配有 能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM )和U M T 2型摩擦试验机对薄膜的相组成、形貌和摩擦性 能进行了分析。结果表明:该薄膜是由T iA l 、T iAl 3、Al 2O 3和TiO 2相组成;薄膜表面晶粒均匀细小;对于不同钛、铝含量的薄膜,当铝含量(原子分数)为45%时具有最低的摩擦因数;摩擦因数随着载荷、转速和摩擦时间的增加而减小。 关键词:射频磁控溅射;钛铝系金属间化合物;薄膜;摩擦性能 中图分类号:T B331 文献标识码:A 文章编号:1000 3738(2008)05 0062 03 Tribological Properties and Preparation of Ti Al Intermetallic Film TIAN Ming xia,LI Chang sheng,ZHANG Ye,JIN Lan,SUN Jian (Jiang su U niversity ,Zhenjiang 212013,China) Abstract:Radio fr equency (RF )magnetr on sputt ering w as used to prepare T i A l inter metallics f ilm.T he film w as examined by XRD.T he sur face mo rpholog y of the film w as analyzed by SEM w ith an att ached EDS.T he tribo log ical pr operties o f t he film wer e tested by U M T 2frict ion test apparatus.G ener ally,t he film is composed o f T iA l,T iA l 3,A l 2O 3and T iO 2.T he cry stal gr ains o f the film are uniform and fine.T he film with 45at%Al show ed the low est f riction co efficient.T he fr ictio n coefficient reduced w ith t he increase o f load,rot ation rate and f rictio n time. Key words:RF magnetro n sput tering ;T i A l intermetallics;film;tr ibolog ical pro per ty 0 引 言 金属间化合物中金属键和共价键共存,使其兼备金属的较好塑性和陶瓷的高温强度[1]。研究表明[2],由于特殊的晶体结构,某些金属间化合物的强度在一定范围内随着温度的升高(700~800 )而升高。目前已有约300种金属间化合物,由于具有耐高温、抗氧化、耐磨损的特点,可望成为航空航天、交通运输、化工、机械等许多工业部门重要的结构材 料。其中,钛铝系金属间化合物由于铝化合物本身所具有的极高的抗氧化性能、较高的熔点、较低的密度等特点,而成为研究焦点[3,4]。而以薄膜形式存在的钛铝系金属间化合物,特别适合用于切割和加工含铁材料,并且由于其高温抗氧化性能优良[5],还可用于高温部件上。 收稿日期:2007 06 28;修订日期:2007 08 28 作者简介:田明霞(1982-),女,山东济宁人,硕士研究生。导师:李长生教授 目前关于钛铝系金属间化合物薄膜的研究报道主要集中在其力学和高温抗氧化性的研究,对于其摩擦性能很少涉及。为此,作者采用射频磁控溅射 的方法制备钛铝间化合物薄膜,并对其物相组成、表面形貌和摩擦性能进行了分析。 1 试样制备与试验方法 采用大连理工大学的微波ECR 等离子体增强沉积设备,用铝和钛双靶溅射的方法制备钛铝金属间化合物薄膜。铝靶纯度99.99%,密度2.7g cm -3 ,钛靶纯度99.99%,密度4.51g cm -3 ,均由合肥科晶材料技术有限公司生产。在双靶磁控溅射过程中,基体摆放位置不同,可以制备出不同原子比的薄膜,见图1。工作气体为纯度99.999%的氩气,基体为45钢。将基体加工成 15mm !15m m 的试样,经研磨、抛光至镜面后,用乙醇、丙酮和去离子水进行超声波清洗后放入磁控反应室。抽真空至5!10-4Pa 后,对基体表面进行氩离子预溅射处理,去除表面残留的吸附物和氧化物,5min 后沉积薄 62 第32卷第5期2008年5月 机 械 工 程 材 料 M aterials for M echanical Eng ineering V ol.32 N o.5M ay 2008
FeAl 金属间化合物烧结多孔材料过滤元件编制说明书 1 任务由来及说明 近年来，大气污染日益严重，空气环境质量日益恶化；因此，本单位提出了将环保理念前置到工业前沿过程中，本单位自主研发的FeAl 金属间化合物烧结多孔材料作为一种新型的高温气体除尘过滤材料，综合金属和陶瓷多孔材料的性能优点，经过本单位历年的不断研发、完善，已广泛应用于高温气体过滤领域，适用于铁合金、煤化工、煤制油、钢铁行业、火法电厂等行业高温苛刻环境的长期稳定过滤，保证了客户生产体系正常运行，提升了生产效率；实现了贵重金属回收、产品提纯及副产品利用，并有利于解决大气污染PM2.5 问题。 2 标准制定的目的和意义 为了将FeAl 金属间化合物烧结多孔材料管状过滤元件应用于高温苛刻环境的长期稳定过滤，保证客户生产体系正常运行，提升生产效率，实现技术的广泛传播及改善环境，需要规范该产品的结构尺寸、技术性能要求、相关检验方法，使产品在使用过程中具有通用性、互换性，实现污染环境治理，解决环境污染问题。但目前由于我国具有自主知识产权的FeAl 金属间化合物烧结多孔材料过滤元件是一种新型高温气体过滤产品，没有相关标准，存在产品规格、型号不统一，产品互换性差；产品性能、质量指标、产品的使用工况不清晰，用户无选型依据；无产品相关的检验、储存、包装、运输及维护等方法；给用户使用和政府主管部门的管理带来不便，因此有必要对我国自主研发的新型FeAl 金属间化合物烧结多孔材料管状过滤元件进行标准化。 3 编制过程 本标准的编制工作从2013年3 月开始，由成都易态科技有限公司研发部具体承担。 本标准制定严格按GB/T1.1《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》，GB/T1.2《标准化工作导则第2部分:标准中规范性技术要素内容的确定方法》要求进行。 从接到标准的编制任务开始，参加编写的人员就开始收集国内外有关金属多孔材料滤芯、陶瓷滤芯的资料，随后召集了国内部分滤芯生产企业和使用企业的代表共同讨论，结合工况实际应用状态，制定了本标准中需要检测的各项指标。 4标准编制原则和依据
FeAl金属间化合物烧结多孔材料过滤元件编制说明书 1 任务由来及说明 近年来，大气污染日益严重，空气环境质量日益恶化；因此，本单位提出了将环保理念前置到工业前沿过程中，本单位自主研发的FeAl金属间化合物烧结多孔材料作为一种新型的高温气体除尘过滤材料，综合金属和陶瓷多孔材料的性能优点，经过本单位历年的不断研发、完善，已广泛应用于高温气体过滤领域，适用于铁合金、煤化工、煤制油、钢铁行业、火法电厂等行业高温苛刻环境的长期稳定过滤，保证了客户生产体系正常运行，提升了生产效率；实现了贵重金属回收、产品提纯及副产品利用，并有利于解决大气污染PM2.5问题。 2 标准制定的目的和意义 为了将FeAl金属间化合物烧结多孔材料管状过滤元件应用于高温苛刻环境的长期稳定过滤，保证客户生产体系正常运行，提升生产效率，实现技术的广泛传播及改善环境，需要规范该产品的结构尺寸、技术性能要求、相关检验方法，使产品在使用过程中具有通用性、互换性，实现污染环境治理，解决环境污染问题。但目前由于我国具有自主知识产权的FeAl金属间化合物烧结多孔材料过滤元件是一种新型高温气体过滤产品，没有相关标准，存在产品规格、型号不统一，产品互换性差；产品性能、质量指标、产品的使用工况不清晰，用户无选型依据；无产品相关的检验、储存、包装、运输及维护等方法；给用户使用和政府主管部门的管理带来不便，因此有必要对我国自主研发的新型FeAl金属间化合物烧结多孔材料管状过滤元件进行标准化。 3编制过程 本标准的编制工作从2013年3月开始，由成都易态科技有限公司研发部具体承担。 本标准制定严格按GB/T1.1《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》，GB/T1.2《标准化工作导则第2部分:标准中规范性技术要素内容的确定方法》要求进行。
1、什么是金属间化合物，性能特征 答：金属间化合物：金属与金属或金属与类金属之间所形成的化合物。 由两个或多个的金属组元按比例组成的具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构和金属基本特性的化合物。 金属间化合物的性能特点：力学性能：高硬度、高熔点、高的抗蠕变性能、低塑性等；良好的抗氧化性；特殊的物理化学性质：具有电学、磁学、声学性质等，可用于半导体材料、形状记忆材料、储氢材料、磁性材料等等。 2、含有金属间化合物的二元相图类型及各自特点 答：熔解式金属间化合物相：在相图上有明显的熔化温度，并生成成分相同的液相。通常具有共晶反应或包晶反应。化合物的熔点往往高于纯组元。 分解式金属间化合物相：在相图上没有明显的熔解温度，当温度达到分解温度时发生分解反应，即β＜＝＞L+α。常见的是由包晶反应先生成的。化合物的熔点没有出现。 固态生成金属间化合物相：通过有序化转变得到的有序相。经常发生在一定的成分区间和较无序相低的温度范围。通过固态相变而形成的金属间化合物相，可以有包析和共析两种不同的固态相变。 3、金属间化合物的溶解度规律特点 答：（1）由于金属间化合物的组元是有序分布的，组成元素各自组成自己的亚点阵。固溶元素可以只取代某一个组成元素，占据该元素的亚点阵位置，也可以分布在不同亚点阵之间，这导致溶解度的有限性。 （2）金属间化合物固溶合金元素时有可能产生不同的缺陷，称为组成缺陷（空位或反位原子）。但M元素取代化合物中A或B时，A和B两个亚点阵中的原子数产生不匹配，就会产生组成空位或组成反位原子（即占领别的亚点阵位置）。 （3）金属间化合物的结合键性及晶体结构不同于其组元，影响溶解度，多为有限溶解，甚至不溶。表现为线性化合物。 （4）当第三组元在金属间化合物中溶解度较大时，第三组元不仅可能无序取代组成元素，随机分布在亚点阵内，而且第三组元可以从无序分布逐步向有序化变化，甚至生成三元化合物。
无标题 合金是2种或2种以上的金属或金属与非金属元素经过熔炼或者粉末冶金的方法得到的具有金属特性的物质。通常我们所使用的金属材料以合金居多，纯金属相对要少。各种合金的标准都是可查到的（合金往往都是往一种金属中有意识的加入另外一种或几种金属以达到某些制定的要求）合金存在的状态有无限固溶、有限固溶、共晶、包晶、金属间化合物、非晶等多种状态。而固溶就是其中的一种。可以参考一下分类： 固溶体之一 由几种不同化学组分所组成的均匀晶体，通常以一种物质为溶剂，在固态下溶有其他溶质的原子或分子而形成的晶体。在合金及硅酸盐系统中较多见，主要可分为以下两种类型： ①间隙固溶体 由溶质原子渗入溶剂晶格中的原子之间的空隙中构成，如碳溶解于铁中而形成的固溶体。 ②置换固溶体 由溶质原子代替溶剂晶格中的原子构成，如铜溶于镍中而成的固溶体。 在一定条件下，有的两种元素可以依任意比例互相置换而形成无限固溶体；有的则有浓度限制，即一种物质在另一种物质中有一定的溶解度，超过此浓度将有另一种固溶体产生，称该类固溶体为有限互溶固溶体，如Cu-Al固溶体。固溶体为单相。 固溶体之二 以一种元素（或化合物）为溶剂，另一种或几种元素做溶质的固态下的溶体。固溶体保有溶剂的晶格，固溶体的成分可以在或大或小的范围内变化。若两组元固态下呈无限互溶时称无限固溶体，亦称连续固溶体；固态下两组元若部分互溶时，则为有限固溶体，亦称端际固溶体；若溶质原子在溶剂的分布完全是混乱无序的，称无序固溶体；总溶质原子产生溶质偏聚或溶质原子周围尽量和溶剂原子结合，称有序固溶体；依溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置的不同，又分为置换固溶体、间隙固溶体和缺位固溶体。 ①置换固溶体 在晶格中溶质原子替代了溶剂的位置。其固溶度（固态下溶质在溶剂中的溶解度极限）有如下特点：受尺寸因素的影响是，溶质与溶剂元素的原子半径越小固溶度越大。若其他因素相同，铜基与银基固溶体中，若原子半径差大于15%时固溶度很小，小于15% 或更小时甚至可形成无限互溶固溶体。受化学亲和力因素的影响是，亲和力越大越易形成稳定的金属间化合物，而形成固体的溶解度比较小、经验上用电负性衡量，若溶质与溶剂电负性差小于0.4～0.5时有利于固溶体形成，若大于0.5时则有利于形成化合物。受元素化合价因素的影响是，溶质的比合价越高溶解度越小。受晶体结构因素的影响是，若溶质与溶剂结构相同，易形成无限固溶的连续固溶体或具有较大溶解度的有限固溶体，否则反之。 ②间隙固溶体 溶质原子只占据溶剂晶格的间隙位置而不占据晶格的结点位置。形成间隙固溶体的溶剂元素大都是过渡金属元素，溶质原子半径一般小于10-10m。间隙固溶体都是有限固溶体，其固溶度除与溶质原子半径大小有关外，还与溶剂晶格类型有关，因为后者决定间隙的大小。由于溶质原子的溶入，间隙固溶体的晶格发生畸变，晶格常数也随溶质的增多而增大。 ③缺位固溶体 多以化合物为溶剂，而以一组元素为溶质所组成的固溶体。这种固溶体在成分上偏离理想化合物的成分，因此，实际上这种固溶体是金属间化合物。 所谓金属间化合物，是指金属和金属之间，类金属和金属原子之间以共价键形式结合生成的化合物，其原子的排列遵循某种高度有序化的规律。当它以微小颗粒形式存在于金属合金的组织中时，将会使金属合金的整体强度得到提高，特别是在一定温度范围内，合金的强度随温度升高而增强，这就使金属间化合物材料在高温结构应用方面具有极大的潜在优势。 然而事物的优劣总是一把双刃剑。伴随着金属间化合物的高温强度而来的，是它本质上难以克服的室温脆性。当30年代金属间化合物刚被发现时，它们的室温延性大多数为零，也就是说，一拉就会断。因此，许多人预言，金属间化合物作为一种大块材料是没有任何实用价值的。 80年代中期，美国科学家们在金属间化合物室温脆性研究上取得了突破性进展。他们往金属间化合物中加人少量硼，可以使它的室温延伸率提高到50%，与纯铝的延性相当。这一重要发现及其所蕴含的巨大发展前景，吸引了各国材料科学家展开了对金属间化合物的深入研究，使之开始以一种崭新的面貌在新材料天地登台亮相。 目前已有约300种金属间化合物可用，除了作为高温结构材料以外，金属间化合物的其他功能也被相继开发，稀土化合物永磁材料、储氢材料、超磁致伸缩材料、功能敏感材料等相继汹涌而来。金属间化合物材料的应用，极大地促进了当代高新技术的进步与发展，促进了结构与元器件的微小型化、轻量化、集成化与智能化，促进了新一代元器件的出现。 金属间化合物这一“高温英雄”最大的用武之地是将会在航空航天领域，如密度小、熔点高、高温性能好的钛铝化合物等具有极诱人的应用前景。 第 1 页
第一章项目概要 一、项目名称及建设性质 （一）项目名称 金属间化合物膜材料生产建设项目 （二）项目建设性质 本期工程项目属于新建工业项目，主要从事金属间化合物膜材料项目投资及运营。 二、项目承办企业及项目负责人 某某有限责任公司 三、项目建设背景分析 建设“制造强国”的战略清晰，战术也需有力。要始终把创新摆在核心位置，突破一批重点领域关键共性技术，让核心技术助推“中国制造”站上“微笑曲线”最高端；要强化企业主体地位，激发企业活力和创造力，让企业自主经营、自主创新，成为做强制造业的“活力因子”；要坚持全面深化改革，破除一切制约创新、抑制发展的思想障碍和制度藩篱，同时发挥好制度优势，全面提升劳动、信息、知识、技术、管理、资本的效率，让政府、市场各司其职、各尽其责。 全面贯彻党的十八大和十八届三中、四中、五中、六中全会精神，深入学习贯彻总书记系列重要讲话精神，认真落实国务院决策部署，按照“五
位一体”总体布局和“四个全面”战略布局要求，积极适应把握引领经济发展新常态，牢固树立和贯彻落实创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，紧紧把握全球新一轮科技革命和产业变革重大机遇，培育发展新动能，推进供给侧结构性改革，构建现代产业体系，提升创新能力，深化国际合作，进一步发展壮大新一代信息技术、高端装备、新材料、生物、新能源汽车、新能源、节能环保、数字创意等战略性新兴产业，推动更广领域新技术、新产品、新业态、新模式蓬勃发展，建设制造强国，发展现代服务业，为全面建成小康社会提供有力支撑。 四、项目建设选址 “金属间化合物膜材料投资建设项目”计划在某某省某某市某某县经济开发区实施，本期工程项目规划总用地面积106667.20 平方米（折合约160.00 亩），净用地面积106107.20 平方米（红线范围折合约159.16 亩）。该建设场址地理位置优越，交通便利，规划道路、电力、天然气、给排水、通讯等公用设施条件完善，非常适宜本期工程项目建设。 江都区，是江苏省扬州市下辖区，地处于江苏省中部，南濒长江，西傍扬州市广陵区、邗江区，东与泰州市接壤，北与高邮市毗连。江都区早在五六千年以前的新石器晚期，就有人类从事各项农业生产活动。春秋时期属吴国。秦楚之际，项羽欲在广陵临江建都，始称江都。江都区连续十届被评为中国县域经济基本竞争力百强县（市），可持续发展能力列全省