单晶高温合金的研究进展_郭喜平

高温合金材料的研究进展高温合金材料是指在高温环境下具有优异性能的金属材料，它们被广泛应用于航空、航天、能源等领域。

随着科学技术的快速发展，高温合金材料不断得到改良和升级，其性能有了显著提高。

本文将介绍高温合金材料的研究进展及其应用领域的最新成果。

一、高温合金材料的分类及特点高温合金材料主要分为镍基、钴基和铁基合金三类。

镍基合金的使用最为普遍，具有高温强度、耐蠕变和耐热腐蚀等特点，被广泛应用于航空、石化、电力等领域。

钴基合金具有高温强度和耐热腐蚀性能，是工作温度达到1100℃以上的超高温合金的首选材料。

铁基合金具有出色的高温强度和韧性，被广泛应用于发电、汽车发动机等领域。

二、高温合金材料的研究进展高温合金材料的研究分为两个方向：一是提高强度和耐用性，二是减轻材料的重量，同时保持性能不变或提升。

本节将介绍高温合金材料的研究进展。

1. 镍基合金的研究镍基合金是目前应用最为广泛的高温合金材料。

近年来，镍基合金的研究主要集中在提高其高温强度和抗氧化性能。

一些先进镍基合金已经实现了工作温度达到1200℃以上。

此外，材料的质量也得到了改良，比如采用更高纯度的材料制备、优化材料的成份和微观结构等方法。

2. 钴基合金的研究钴基合金是超高温合金的首选材料，因为它们可以在1100℃以上的高温环境下保持高强度和良好的韧性。

近年来，钴基合金的研究主要集中在改进其热稳定性和强度。

一些研究表明，添加Ti和Mo、纳米颗粒等元素或采用先进的材料制备技术可以明显提高钴基合金的稳定性和强度。

3. 铁基合金的研究铁基合金具有出色的高温强度和韧性，是发电、汽车发动机等领域的首选材料。

近年来，铁基合金的研究主要集中在提高其高温强度和减轻其重量。

研究表明，添加Mo、Cr等元素或采用先进的制备工艺可以明显提高铁基合金的强度和耐用性。

三、高温合金材料在航空航天、石化和能源领域的应用高温合金材料广泛应用于航空、航天、石化、电力等领域。

下面将着重介绍高温合金材料在航空、石化和能源领域的应用。

凝固界面形态对一种镍基单晶高温合金组织和性能的影响塞.ASTR0NALrrICASIXICAV o1.I3July19g2凝固界面形态对一种镍基单晶高温合金组织和性能的影响郭喜平史正兴傅恒志(西北工业大学403教研室,西安,710072)孙家华√'c..............—一(冶金部钢铁研究总院,北京,100081)f;文.叉THEINFLUENCEOFSoLlD—LIQUIDlNTERFACEMoRPHoL0GlES oNTHEMlCRoSTRUCTUREANDMECHANlCALPRoPERTlES oFANlCKEL—BASESlNC.山ECRYSTALSUPERALL0YGuoXi—ping,ShlZheng—xlng,YuHeng—zhi(Faculty403,NorthzeesternPolytechnicalUniversity,Xian,710072)SunJia—hua(CentralIronandSteelResearc]~Instit~de,MinistryofMetallurgicallnd**stry,Beijing,100081)摘要以平界面凝固的一种镍基单晶高温合金组织不含有/共晶而以脆状,粗枝以及细技界面凝固组织中,/含量渐次增多.随着凝固界面形态的转变,尺寸越来越小,形状越来越规则.细技界面凝固的单晶具有最高的持久寿命,粗枝敬之,而脆状界面凝固的单晶具有最短的持久寿命.v关键词望e墨鱼垒,楚堕墨堡臣查,定向凝固,组织!丝AbreactTpapert~rescntscstudyoftheinfluenceofthesolid—liquiOinterface morphologiesontheas—ca,~tmlcrosLructureandmechauicalpropertiesofasinglecrystal nickel-basesuperalloy.Theresultsshowthatthereisno/eut~ticfnthesample solidifiedwithp】anarsolid—Uquidinterfae~~FtorDhelegy.%V~enthesolid—liquidinterfacemorphologyisturnedintoeelluax,thencoarsedendritic,andfinallyfinedendriticones, theamountof/eutecticbecomesmoreandfilere,thesizeofsmallerandsma—llor,andtheshap~of1noEoand1ridgeregular-Thesamplesolidifiedwithfinedendritic solid—liquidinterfaceinorDhelegyhasthelongestruptufelife,hesamplewithc0ar吕e deadritiesolid—Iquidinterfacemorpholosyhashassocondlongestrupturelife,and theeelluars~ructurehastheshotte*trupturelife.Keyword●8in8kcrystalsuperalloyJsolid—liquidinterfacemorphology,dircefinnalsolidif—fcation,mi~ros*ructureandmechanicalpropcxty1991年2月9日收蓟,1991年6月15日收到修改稿国家自然科学基金资助课题期月第洱嘴㈣第Ⅱ0第7期韩喜平等凝固界面形志对一种镍基单晶高温台盎组织和性能的影响单晶高温合垒作为一种先进的叶片用材,近年来获得了飞速发展….文献[2,3]研究了定向凝固时温度梯度及铸型下降速度对单晶高温合金组织和性能的影响.本文采用自制的高温高梯度LMC定向凝固装置,制取了以平面,胞状,粗枝以及细枝界面凝固的NASAIR100单晶,研究了其组织和性能随凝固界面形态的变化规律.1试验方法试验采用真空感应熔炼的NAS&IR100母合垒棒,其化学成分见表1表1NASA1R100母台金成分采用籽晶法制取不同凝固界面形态的NAsAIR100单晶试棒,籽晶的取向是[0013. 坩埚采用纯度为99.9的A1.O3管.真空度为133.322×10一Pa,炉温为1590℃,固液界面处的温度梯度为250℃/cm,微机控制抽拉速率.用液淬法获得固液界面形态.金相分析和性能测试所用试样均取于稳定凝固段.在Neophot一Ⅱ型光学显微镜上观察固液界面形态和光学金相组织:在EM一620透射电镜上观察复型.高温持久性能测试在BII一2型试验机上进行.z试验结果及讨论2.1固液界面形态根据成分过冷理论",单向凝固的固液界面形态受到G肛(注:GL为固液界面处液相中的温度梯度,为凝固速率)值的制约.在G为250℃/cm的情况下,通过改变,图l不同固液界面形态的NAsAIR100单晶×50(Ⅱ)平界面,GL=~50"C/cm,=I.5~m/s()胞状界面,G=2S0~/em,=2.9m/s()粗枝界面.GL=250~C/era,=15,5m,s(d)细枝界面.G=250X2/c址,足=87~-m]8航空第13卷得到了以平面,胞状,粗枝以及细枝界面形态凝固的NASAIR3_00单晶,如图1所示.随着的增大,G/R值逐渐减小,界面扰动逐渐增大,界面形态由平面向胞状,粗枝以及细枝转化.从图2可见,一次及二次枝晶间距均随冷却速率的增大而显着减小,是由于局部凝固时间,随着冷却速率的增加而减小所致.2.2凝固界面形态与NASAIR100单晶铸态组织的关系从图2可以看到,以平界面凝固的NASAIR100单晶铸态组织由及两相构成,,暑8:暮嚯正昌冷却建章G(a~/s)冈2净却逮率对NASAIRIO0单品铸杰组织的l影响()平界面X800'b)胞状界面×3o0()粗技界面×300()细枝界碓『x300弥散分布在基体上{而以胞状,粗枝以及细枝界面凝固的单晶铸态组织则由,及7/7共晶等所构成.2.2.1凝固界面形态对/共晶含量及尺寸大小的影响胞状界面凝固组织中,共晶含量为0.6,尺寸较小}粗枝界面凝固组织中,共晶含量为1.3,尺寸有所增大}细枝界面凝固组织中,共晶含量增至6.5,尺寸亦明显增大.共晶都分布在胞晶或枝晶间以乎界面凝固的NASAIR200单晶,凝固速率很低, 溶质原子具有充分的时间来扩散,因此微观偏析很小.平界面凝固的另一特点就是不存在糊状区,除了凝固初始过渡区和终端过渡区外,界面温度实质上就是合金的固相线温度,凝固后的单相固溶体成分为合金的原始成分,因而不存在Y,/Y共晶j台金以胞状界面凝固时,存在一个较窄的糊状匹,逸时溶质再分配不仅发生在胞状界面前沿,也发生在胞的两侧,同时由于结晶速度大于溶质原子的扩散速度,因此在胞状晶问区域就要富集A1.第7期郭喜平等:凝阎界面形态对一种镍基单品高温台金组织和性能的影响Ti,Ta等正偏析元素,使最终凝固的液体成分达到了/共晶点,出现了共晶j合金以枝状界面凝固时,成分过冷加大,致使糊状区很宽,出现了二次及三次枝晶,偏析程度更为严重,枝晶问有较多的残留液相达到了共晶成分点,出现了较多的共晶,同时枝晶问较大的空间也使得共晶的尺寸较大.2.22凝固界面形态对尺寸及形态的影响如图3所示,乎界面凝固组织中,尺寸很大,形状很不规刚j胞状界面凝固组织中,的平均尺寸比平界面组织中的小,其形状也较平界面组织中规则一些j粗枝界面凝固组织中,尺寸显着减小,其形状趋向于立方体状}细枝界面凝固组织中,尺寸进图3不J司凝固界面形志组织的电镜复型形貌观察x8000()平界面()胞状界面()粗技界面(d)细技界面一步减小,其形状已是立方体.晶千上的明显小于晶间的,并且随冷却速度的增大,差别越来越大.以平界面凝固的单晶,由于其极慢的冷却速度,使得凝固后所形成的单相固溶体冷却速度也很慢,具为很充分的时间析出,长大,甚至于发生了球化,因而粒子特别粗大,且形状很不规则.台金以胞状界面凝固时,冷却速度加快,凝固后形成的固溶俸冷却速度也加快,因此析出的较平界面组织中细小一些.同时,由于胞闻存在着一定程度的成分偏聚,A1,Ti,Ta等形成元素的含量较高,凝固后的单相固溶体自由能较高,因此相析出的相变驱动力较大,故相优先在胞晶间析出,长大,使得胞晶间的粒子较胞晶千上粗大.而合金以树枝状界面凝固时,成分偏析进一步加重,冷却速度更快,因而相尺寸进一步减小,形状趋向于立=i亨体状,且枝间和枝干上的尺寸差别更大.2.3高温持久性能A452航空学掇第l3卷测定了不同界面形态凝固的NASAIR100单晶在1050℃,156.8MPa下的持久寿命,如图d所示.细枝界面凝固的单晶具有最高的持久寿命(146h),粗枝次之(53h), 而以胞状界面凝固的单晶具有最低的持久寿命(37h).尺寸太小及形态是决定单晶高温台金性能的重要因素,细小的立方体状粒子具有最佳的强化作用.而y/y共晶在冷却速率ar~(Oe./s)图4冷却速率与NASA]I~100单晶铸态高温持久性能的关系高温下是薄弱环节,易于出现裂纹.因此,y/y共晶的尺寸大小及含量对单晶高温台金的性能也有较大影响.纲枝界面凝固的NASAIR100单晶中,虽然有较多的∥共晶, 但由于粒子尺寸最小,且为立方俸状,因此具有高得多的持久寿命胞状界面凝固的NASA.IR100单晶中,粒子较粗大,且形状不规则,加之出现了y/y共晶,因此具有最短的持久寿命3结论(1)在G为250%/cm的情况下,通过改变,得到了以平面,胞状,粗枝以及细枝界面凝固的NASAIR100草晶.(2)以平界面凝固的组织中无y/y共晶出现t而以胞状,粗枝和细枝界面凝固的组织中,y/y共晶含量分别为0.6,1.3和6.5.(3)随着凝固界面形悉由平面向细树枝状转变,尺寸越来越小,形状越来越规则,到细树枝状界面凝固时,为立方体状晶干上的明显小于晶间的.(4)以细枝界面凝固的NASAIR100单晶具有最高的持久寿命,粗枝次之,而以胞状界面凝固的单晶具有最短的持久寿命.参考文献1'l'i~nJK,CauI!ieldT.Sul?cTalloys,Supercomposires1dSuperccra,.ics?AcadcmicPressI nc,Hat一…rtBraceJoy~lovichPublishers,1989}1～72FrJt~m~ierLG.TheInfluenceofHighThermaIGtadicntCastingHotIsostatiePressingandA1tcr- nateHeatTreatmentuntheStructureandPropertiesofaSingleCrystalNickelBaseSupera]Io y?ProcofTheSixthD~tetSymposium0nSuperalloyrJUS]988,ThcMetalJurgic~lSocket)".N cwy.rk.I989.265～2749唐定中,钟撮纲,代修彦,吴伸棠.铸型下降速度对DD3单晶台金枝晶组织和性能的影响.第六届全国高温台金年会论文集,冶金部钢铁研究总皖汇编,1987805～8084Md㈣MD】rectlonallySolidifiedMaterisforHighnpcrat…Servlcc.TheMetalsSociL'ty, Iondon,198335～389Kh锄T.丑…|lID…】口p…T1tdPotentialofSingleCrystalSuperalloysforAdv…dTurbineBIaries.In;BctzW,ctaIeds.HighTemperature^I1oysforG舢TurblnesandOtherAppIicatlons1g86,Holl1d.DReidedPublisbingComply,1986}21～6D。

第26卷　第3期2006年6月 航　空　材　料　学　报JOURNAL OF AERONAUTI CA L MATER I ALSVol .26,No .3June 2006电子束区熔定向凝固Nb 基高温合金的组织和性能郭喜平,高丽梅(西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072)摘要:研究了Nb 2Si 2Ti 2Hf 2C r 2A l 2B 2Y 合金在电子束区熔炉上的定向凝固组织、室温断裂韧性和高温瞬时拉伸性能。

合金的组织主要由Nb 基固溶体(Nbss)、α2(Nb)5Si 3和(Nb)3Si 相组成。

定向凝固后,初生Nbss 枝晶以及Nbss +α2(Nb )5Si 3/(Nb )3Si 层片状或棒状共晶团均沿着试棒轴线定向排列。

当电子枪移动速率R =2.4mm /m i n 时,定向效果最好。

定向凝固使合金在1250℃的拉伸强度及室温断裂韧性均显著提高。

R =2.4mm /m in 试棒的抗拉强度最高,达85.0MPa,同时其室温断裂韧性也达到19.4M Pa m 1/2。

关键词:N b 基超高温合金;定向凝固;电子束区熔;显微组织;力学性能中图分类号:T G146.2 文献标识码:A 文章编号:100525053(2006)0320047205收稿日期:2006202228;修订日期:200623225基金项目:国家自然科学基金(50271056);陕西省自然科学研究项目()及教育部新世纪优秀人才支持计划项目资助作者简介郭喜平(63),男,工学博士,教授,博士生导师,(2)x @。

随着航空航天技术的发展,需要承温能力更高和综合性能更好的超高温金属结构材料[1,2]。

Nb基固溶体合金如C103以其高熔点、适中的密度以及一定的高温强度已在航天领域得到了广泛的应用,但是该合金不适合应用在航空领域,原因是其抗氧化能力较差和高温强度仍有待进一步提高[2,3]。

另一方面,Nb 的金属间化合物(如Nb 3Si,Nb 5Si 3和C r 2Nb 等)虽然也具有与纯金属Nb 类似的低密度、高弹性模量和高熔点等性能,但金属间化合物固有的低韧性限制了其在飞机发动机等结构零件上的应用[4,5]。

镍基单晶合金高温蠕变行为的研究新进展镍基单晶合金是目前航空发动机涡轮叶片的主要制造材料，其蠕变性能是关系到发动机使用安全和服役寿命的重要因素。

本文从成分组成、蠕变机制、本构模型等方面论述了近年来镍基单晶合金研究的新进展，特别着重于阐明镍基单晶合金蠕变行为与微结构演化之间的联系，论述了晶体塑性有限元方法在单晶叶片力学行为模拟中的应用，为我国发动机叶片设计和强度分析提供重要的理论参考和技术指导。

标签：镍基单晶合金蠕变微结构晶体塑性一、引言航空发动机涡轮叶片长期处于高温下，受到复杂应力和燃气冲击腐蚀等综合作用，工作条件十分恶劣。

涡轮叶片等热端部件的可靠性是影响发动机性能和寿命的关键因素和技术难点。

镍基单晶合金因具有较高的高温强度、优异的蠕变、疲劳抗力及良好的抗氧化性和抗热腐蚀性，被广泛用于制造航空发动机的涡轮叶片等核心部件。

镍基单晶合金通过定向凝固技术消除了晶界，使其高温抗蠕变、疲劳性能大大增强，成为最受关注、应用最广的高温合金。

随着发动机服役温度的不断提高，单晶材料的蠕变行为和变形机制也随温度升高表现出不同的特征。

因此，建立合适的本构模型对镍基单晶合金的蠕变行为进行预测，对于我国航空发动机叶片设计、强度分析和寿命预测具有重要的意义。

二、镍基单晶合金的发展趋势及现状镍基单晶合金由于其优异的抗蠕变、疲劳和耐腐蚀性能，在过去的几十年里得到了世界各国的重视，并形成了合金系列应用到航空发动机的热端部件中，如美国的CMSX-2、CMSX-4、CMSX-10系列，英国的RR2000系列，法国的MC2、MC-NG系列，日本的TMS-75、TMS-138、TMS-162系列等。

我国镍基单晶高温合金研制从20世纪80年代初开始，现已发展到以DD22为代表的第四代合金材料，但是，合金性能和发达国家相比尚存在一定的差距，距离大范围实际应用还有较长的路要走。

镍基单晶合金优异的高温性能得益于Re、Ru、W等难熔金属的添加。

Re 的添加有助于改善高温合金的显微组织和热稳定性，降低不稳定相及单晶缺陷等的影响，从而显著增强单晶合金的高温抗蠕变性能。

镍基单晶高温合金研究进展独立为一个领域的镍基单晶高温合金（Ni-Based Single-Crystal Superalloys）研究起步于20世纪50年代，主要目标是在高温、高压、高速等极端环境下保持优异的力学性能。

如今，这一领域已经取得了显著的进展，推动了航空航天、能源等关键工业的发展。

受制于晶体缺陷（如位错、晶界和第二相）对材料力学性能的影响，研究者最初承认了单晶材料在抗蠕变强度、抗腐蚀和抗氧化性方面的潜力，这让镍基单晶高温合金的研究开始受到关注。

随着应用需求和制造技术的进步，研究者开始探索新的冶金设计原理，克服制约合金性能提升的关键元素/组织的影响。

在材料选择方面，硬化元素（如铝、钛），刚性和解析强化元素（如钨、镍）以及一些其他元素（如镍、镍酮等）已经得到广泛采用。

而在微观组织设计上，利用多元素固溶强化，普遍采用的'γ/γ'二相组织设计以及精细的嵌套共析组织设计已经取得了显著的力学性能提升。

尤其是近年来在第二相强化机制理解的深入，使得研究者在了解和控制合金中不同的位错-第二相相互作用，以及在指导强化相布局优化方面取得了突破性进展。

另一方面，制备工艺也是影响镍基单晶高温合金性能的重要因素。

如今，过渡金属基单晶合金的制备工艺已经实现了工业化。

其中辐射区熔技术和定向凝固技术居于主导地位，使得合金中的第二相尺寸、形状和分布得到了有效控制，同时也保证了合金的组织均匀。

此外，结构设计也在镍基单晶高温合金的性能提升方面起到了重要作用。

近年来，材料科学家已经从多尺度、多视角对合金微观组织进行了深入研究，提出了多个有效的结构优化方案。

如对合金中强化相的尺寸、形状、分布以及取向等进行优化，引入双强化设计，实现第二相强化与固溶强化的协同增强等。

综上所述，随着理论研究、工艺技术和实际应用的深入，镍基单晶高温合金的设计和制备技术发展迅速，性能也得到了显著提升。

不过，目前镍基单晶高温合金的研究仍面临严峻的挑战，如如何进一步提高合金的使用温度，如何改善合金的持久性以及如何实现复合强化设计等。

铌基合金抗高温氧化研究进展1赵陆翔，郭喜平（西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安710072）摘 要：铌基合金由于其高熔点、低密度和优良的综合机械性能而可能成为替代镍基单晶高温合金的首选材料，但抗高温氧化性能差是制约其应用的关键问题。

本文从合金化、晶粒细化和高温涂层三个方面综述了铌基合金抗高温氧化的防护，并分析了研究中面临的问题。

关键词：铌基合金 高温氧化 合金化 晶粒细化 高温涂层0 前言高温合金是航空航天与核工业中制造高温结构件的重要材料。

从50年代起，高温合金的发展就侧重于镍基高温合金，目前应用的镍基单晶高温合金由于受其自身熔点（1400℃左右）的限制，连续使用温度上限仅为1100℃。

随着工业建设和科学技术的飞速发展，迫切需要在1093℃-1370℃温度范围内使用的金属材料。

因此，研制替代镍基单晶高温合金的超高温结构材料势在必行[1]。

铌属VB族难熔金属，熔点2468℃，为bcc结构，其热膨胀系数为7.2×10-6/℃。

密度与钢相似，强度能保持到1649.9℃，并能承受一定的机械变形。

铌在腐蚀介质中极为稳定，热中子俘获截面小，导热性能好，塑-脆转变温度低（-160℃）。

纯金属铌对许多强化元素如Mo, W, V, Ta等都具有很高的固溶度[1-4]。

基于其本身优越的物理及化学特性，铌基合金而可能成为替代镍基单晶高温合金的首选材料。

但是，铌合金的抗氧化性能较差，纯金属铌甚至在600℃就发生“pest”氧化现象[5]。

其氧化属于具有明显氧化物层裂纹的体系，随着氧化层的增厚，氧化物与金属界面上产生的内应力会使氧化层开裂，随后发生灾难性氧化[6]。

因此，改进铌及铌合金的高温抗氧化性能具有重要意义。

1 合金化提高铌基合金抗高温氧化性能在已发表的文献中，认为能够提高铌基合金高温抗氧化性的元素有Si, Cr, Al, Ti, Hf, V,和Zr及各种稀土元素，其中Si, Cr, Al, Ti和Hf是提高铌基合金高温抗氧化性极其重要的元素。

高温合金材料研究进展及应用前景分析摘要：高温环境下，传统材料的性能会受到严重的限制，因此高温合金材料的研究及应用具有重要意义。

本文将对高温合金材料的研究进展进行分析，讨论其在航空航天、能源领域等方面的应用前景。

引言随着科学技术的快速发展，人们对于材料性能要求越来越高。

在高温环境下，传统材料通常会发生蠕变、氧化、腐蚀等问题，使其性能严重下降。

为了应对高温环境的挑战，高温合金材料应运而生，并取得了重要的研究进展。

本文将对高温合金材料的研究进展及其应用前景进行分析。

一、高温合金材料的定义与特性高温合金材料是指在高温环境下具有良好力学性能、抗氧化性能和耐腐蚀性能的材料。

其主要特性包括：1. 高温强度：高温合金材料具有较高的抗拉强度和屈服强度，在高温环境下能够保持其机械性能。

2. 抗氧化性能：高温合金材料能够在高温氧化环境下形成致密的氧化层，保护其内部结构免受氧化和腐蚀的侵害。

3. 耐腐蚀性能：高温合金材料能够在恶劣的腐蚀介质中保持稳定的化学性能，对于酸碱等腐蚀性物质具有较好的抵抗能力。

二、高温合金材料的研究进展1. 新材料的开发：目前，研究人员正在开发新的高温合金材料，如单晶高温合金、无定形高温合金等。

这些新材料具有更好的高温稳定性和抗蠕变性能。

2. 组织结构研究：通过对高温合金材料的微观组织结构进行研究，可以揭示其力学性能和热稳定性的内在机制。

研究表明，高温合金材料的晶粒尺寸和相分布对其高温性能有重要影响。

3. 抗氧化涂层研究：为了提高高温合金材料的抗氧化性能，研究人员还开展了抗氧化涂层的研究。

这些涂层能够形成一层致密的氧化层，减少材料在高温氧化环境中的氧化速度。

三、高温合金材料的应用前景1. 航空航天领域：在航空航天发动机中，高温合金材料能够保证发动机在高温高压工况下的安全运行。

同时，高温合金材料还可用于制造航空航天器的燃烧室和喷管等部件。

2. 能源领域：高温合金材料在能源领域的应用前景广阔。

例如，高温合金材料可以用于制造核能设备中的燃料棒和反应堆壳体，以及太阳能热发电系统中的集热器和传热管道等关键部件。

高温合金材料的研发及应用研究高温合金是一种专用于高温条件下使用的合金材料。

它能够在强烈的腐蚀和高温环境中保持其结构完整性，具有优异的高温性能。

高温合金在石油化学、航空航天、船舶及冶金等行业得到了广泛的应用。

本文将探讨高温合金的研发及应用研究。

一、高温合金的研究进展高温合金在能源、航空航天等领域中有着广泛的应用，但在生产和应用中仍然存在许多问题。

为了解决这些问题，许多学者和科学家在高温合金的材料、制备工艺及表面处理等方面进行了许多探索。

1. 材料研究高温合金材料主要由钴、镍、铬、铁和钛等金属组成，其中最重要的材料是镍基合金。

镍基高温合金由于其优异的力学性能、耐腐蚀性能和高温硬度，已成为热结构材料的代表。

在材料方面的研究，主要是通过合金成分的改变和微观结构的控制来提高高温合金的性能，以完善高温合金的材料体系，提高其应用性。

2. 制备工艺研究高温合金材料的制备工艺主要包括原料准备、金属溶解、熔铸、热处理、加工、焊接加工、喷涂等过程。

制备工艺的改进有利于提高高温合金的性能和使用寿命。

研究表明，通过添加微量元素，如稀土元素、过渡元素等，可以改善合金的性能和晶粒结构，进而提高高温合金的抗氧化性能和耐腐蚀性能。

3. 表面处理研究高温合金在高温、高压和强腐蚀环境下，很容易发生氧化或腐蚀，从而影响其使用寿命。

因此，表面处理是提高高温合金耐蚀性和抗氧化性能的有效手段。

目前，研究表面处理技术主要包括物理表面处理、化学表面处理和电化学表面处理等方法。

研究表明，化学表面处理技术可以有效地提高镍基高温合金的耐蚀性和抗氧化性能。

二、高温合金的应用研究高温合金材料在航空航天、航空制动、热工业、核能技术及精密仪器等行业的应用极为广泛。

1. 航空航天领域高温合金在航空航天领域的应用主要表现在飞行器的结构材料、航空发动机及涡轮机叶片、热隔离材料、涡轮轴承、液压元件等方面。

随着人们对航空航天领域的需求不断增加，高温合金的应用领域也越来越广泛，例如合金钛涂料在涡轮轴承表面的应用等。

镍基单晶高温合金的发展概况
镍基单晶高温合金是一种以镍为基础，以碳钒铌等元素为辅助元素主要成分的高温合金，它具有优异的热强度和抗腐蚀性，在高温条件下具有良好的强度性能，广泛应用于航天、航空、火力发电、核能、冶金等功能性领域。

本文综述了近年来镍基单晶高温合金发
展的研究进展，以期为高温合金的开发和应用提供有价值的参考。

首先，介绍了镍基单晶高温合金的优点。

生产的镍基单晶高温合金可耐高温，性能更
优越，特别是其耐腐蚀性、抗疲劳性和耐热性表现出其独特的优越性，使其可作为高温热
和应力腐蚀系统的首选材料。

其次，介绍了有关镍基单晶高温合金的研究进展。

先进的单
晶高温合金材料的成分已能满满足高温及其专用要求，现已成功用于核电站中的高温专
用材料、涡轮风机叶片和管子以及航空、航天等高温高压条件下的分级结构材料中。

所有
这些都得益于理论研究和应用实践。

最后，介绍了该研究领域中出现的一些潜在技术问题。

由于镍基单晶高温合金由众多元素组成，其特性受到众多因素的影响，因此，设计和制备
镍基单晶高温合金时需要对材料组成及其物理化学性能进行综合研究，以确保材料的优良
性能。

综上所述，镍基单晶高温合金具有优良的性能，近年来其发展取得了长足的进展，但
也存在一定的技术问题。

未来更大的研究热点将放在材料组成、材料性能和产品制备上，
目的是开发出性能更优的，更加先进的镍基单晶高温合金。

单晶高温合金中γ′筏形组织的形成及转动
郭喜平;傅恒志;孙家华
【期刊名称】《金属学报》
【年(卷),期】1994(30)7
【摘要】研究了ＮＡＳＡＩＲ１００单晶在高温持久变形中γ′筏形组织的形成及其在缩颈区内的转动，发现γ′沉淀在持久变形初期即沿着垂直于拉伸应力轴的方向相互连结，变形大约５０ｈ后形成了完善的γ′筏形组织，对拉断试样的纵截面进行了扫描电镜观察，发现缩颈区内的γ′筏形组织不再垂直于应力轴，而是绕着应力轴转动，初步提出了γ′筏形组织的形成及转动机理。

【总页数】6页(PA321-A326)
【关键词】单晶高温合金;久变形;γ'筏形组织
【作者】郭喜平;傅恒志;孙家华
【作者单位】西北工业大学,冶金工业部钢铁研究总院
【正文语种】中文
【中图分类】TG132.32
【相关文献】
1.有外来扩散源条件下DD402单晶合金中的γ＇相筏形化 [J], 闫来成;孙家华;燕平;赵京晨
2.DD402/FGH95扩散偶中单晶合金γ′相筏形化与其形成元素的扩散 [J], 阎来成;孙家华;董德俊;赵京晨;燕平
3.新型镍基单晶高温合金初熔组织的形成 [J], 郭振涛
4.镍基高温合金中γ′相的高温稳定性及筏状结构的形成 [J], 王延庆
5.粉末Rene＇95高温合金中项链组织的形成 [J], 高庆;章守华;胡本芙;李慧英因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

Mo-Si-B基超高温合金粉体的机械合金化刘张涛;郭喜平【摘要】采用XRD,SEM和EPMA等方法分析Mo-12Si-10B-3Zr-0.3Y(原子分数)混合粉末在500 r/min转速下进行球磨时的机械合金化行为.结果表明:球磨后在混合粉末中并未形成Mo3Si和Mo5SiB2化合物相,而仅形成了合金元素在Mo中的过饱和固溶体Moss和弥散分布于其中的亚微米级B颗粒.随球磨时间延长,Moss 的晶粒尺寸不断减小,其微观应变不断增加,球磨30 h后两者分别约为47 nm和0.53％；从XRD谱可知,球磨2h后有少量的α-MoSi2生成,但球磨30h后其衍射峰消失.球磨5h后混合粉末由层片状的复合颗粒组成,球磨10 h后层片状复合颗粒破裂并转变为等轴状,球磨30h后混合粉末由平均粒径约1μm的球状团聚体颗粒组成.【期刊名称】《粉末冶金材料科学与工程》【年(卷),期】2013(018)004【总页数】7页(P503-509)【关键词】Mo-Si-B合金;机械合金化;粉末形貌;微观应变【作者】刘张涛;郭喜平【作者单位】西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072;西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072【正文语种】中文【中图分类】TG146.4在航空、航天、冶金和能源等领域的许多部件都要求承受高温高应力，这些部件的更新换代依赖于高温结构材料的发展[1−2]。

目前得到广泛应用的Ni基高温合金由于受熔点的限制，其使用温度在1 150 ℃以下。

因此，迫切要求发展耐温能力在1 200 ℃以上的新型高温结构材料[3]。

Mo-Si-B基超高温合金由于具有高熔点(2 000～2 600 ℃)、良好的高温抗蠕变性能和抗氧化性能而成为最具发展潜力的高温结构材料之一[4]。

其中组成相为 Mo-Mo3Si-Mo5SiB2的富 Mo侧Mo-Si-B 合金具有优异的高温强度、较好的室温断裂韧性和高温抗氧化性能，因而有望作为Ni基高温合金的替代材料应用于航空航天领域[5−6]。