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6061铝基体上镍涂层热处理过程中ni-al金属间化合物的形成机理(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2015年第12期25卷 3959-3966页

作者： Mohsen ADABI Ahmad ali AMADEH School of Metallurgy and Materials Engineering College of Engineering University of Tehran Department of Metallurgy and Materials Engineering Faculty of EngineeringRoudehen Branch Islamic Azad University

采用电沉积方法在al基体上沉积ni制备ni-al扩散偶,并研究扩散偶中al3ni和al3ni2的形成机理和生长动力学。在6061铝基体上采用直流电沉积方法制备20μm厚的ni涂层。然后在Ar气气氛下,样品在450,500和550°C下热处理不同时间。采用扫描电... 详细信息

采用电沉积方法在al基体上沉积ni制备ni-al扩散偶,并研究扩散偶中al3ni和al3ni2的形成机理和生长动力学。在6061铝基体上采用直流电沉积方法制备20μm厚的ni涂层。然后在Ar气气氛下,样品在450,500和550°C下热处理不同时间。采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对金属间化合物进行表征。结果表明,ni-al金属间化合物的形成可分为两个重要步骤。首先,金属间化合物在不同位置侧面生长,形成连续金属间化合物层;其次,连续金属间化合物层在垂直于界面方向继续生长。随着金属间化合物厚度的增长,al3ni和al3ni2等反应产物将与基体发生分离。al是al3ni生长的主要扩散元素,而ni是al3ni2生长的主要扩散元素。al3ni和al3ni2相的生长动力学遵循抛物线方程。

关键词： ni-al金属间化合物电沉积热处理形成机理生长动力学

ni-al金属间化合物基层板复合材料的组织和力学性能

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塑性工程学报 2021年第12期28卷 177-183页

作者：薛帅兵林飞孟令健黄钟森林鹏太原理工大学材料科学与工程学院山西太原030024

研究了铝箔厚度对反应合成层板复合材料组织和拉伸性能的影响。使用70μm厚的纯镍箔材和厚度分别为20、50、80和100μm的纯铝箔材,在真空条件下通过热压反应合成了ni-al金属间化合物基层板复合材料。使用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描... 详细信息

研究了铝箔厚度对反应合成层板复合材料组织和拉伸性能的影响。使用70μm厚的纯镍箔材和厚度分别为20、50、80和100μm的纯铝箔材,在真空条件下通过热压反应合成了ni-al金属间化合物基层板复合材料。使用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜研究了层板复合材料的显微组织并测试了其力学性能。结果表明,通过调控ni和al的含量可以得到具有不同微观组织及力学性能的层板复合材料。随着al含量的减少,显微组织由单一nial相向ni+ni;al+nial混合相转变。铝箔厚度为20μm的复合材料室温拉伸性能较好,抗拉强度和伸长率分别达到了642 MPa和15.6%。在1000℃时,铝箔厚度为80μm的复合材料具有高塑性,伸长率达到101.3%,而铝箔厚度为50μm的复合材料则具有高强度,抗拉强度达到140.2 MPa,且随着铝箔厚度的降低,拉伸断裂方式由塑性断裂向准解理断裂转变。

关键词： ni-al金属间化合物复合材料微观组织力学性能

成分配比对自蔓延高温合成ni-al金属间化合物的影响

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热加工工艺 2006年第2期35卷 25-27页

作者：穆柏春郝德中周旭李强于景媛唐丽丹张辉辽宁工学院材料与化学工程学院辽宁锦州121001

以镍粉和铝粉为主要原料,采用自蔓延高温合成技术,制备ni-al金属间化合物。研究了成分配比对热爆反应的影响,绘制了热爆反应曲线,分析了热爆反应机理及产物的显微组织特征。研究结果表明:成分配比和压坯密度对热爆反应均有不同程度的影... 详细信息

以镍粉和铝粉为主要原料,采用自蔓延高温合成技术,制备ni-al金属间化合物。研究了成分配比对热爆反应的影响,绘制了热爆反应曲线,分析了热爆反应机理及产物的显微组织特征。研究结果表明:成分配比和压坯密度对热爆反应均有不同程度的影响。增加al含量、加大压坯密度都会缩短热爆起始时间、降低热爆起始温度;反应起始温度低于ni-al系的最低共晶温度(640℃)。本文初步确定了ni-al系的热爆反应是由固固扩散反应引发的。ni-32al的反应产物为均一的nial相。

关键词： ni-al金属间化合物自蔓延高温合成成分配比

等离子原位合成ni-al基金属间化合物涂层的研究

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热加工工艺 2010年第2期39卷 83-84,87页

作者：袁建军娄淑梅王涛郭凡灿山东科技大学机电工程系山东泰安271019

通过高温等离子光束激发不同配比的ni、al、Fe混合粉产生原位反应,利用扫描电镜(SEM)对原位反应获得的涂层的显微结构进行观察,并利用XRD进行成分分析。结果表明,实验获得的金属间化合物结构致密,并与基体呈冶金结合,其中质量比为1∶1... 详细信息

通过高温等离子光束激发不同配比的ni、al、Fe混合粉产生原位反应,利用扫描电镜(SEM)对原位反应获得的涂层的显微结构进行观察,并利用XRD进行成分分析。结果表明,实验获得的金属间化合物结构致密,并与基体呈冶金结合,其中质量比为1∶1的ni、al混合粉末熔覆涂层的主要成分为nial,而加入Fe后得到的涂层成分为nial和Fe3al两种金属间化合物涂层。

关键词：等离子熔覆 ni-al金属间化合物原位反应

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ni-al金属间化合物合成机理的研究

硬质合金 2011年第5期28卷 276-282页

作者：陆必志龙坚战硬质合金国家重点实验室湖南株洲412000 株洲硬质合金集团有限公司湖南株洲412000

采用粉末冶金法以铝粉和镍粉为原料合成nial和ni3al金属间化合物粉体,对ni-al金属间化合物及相关反应进行了热力学计算,并对不同的反应阶段进行了动力学分析,总结出ni-al金属固相反应过程的机理。实验结果表明,ni-al金属固相反应生成物... 详细信息

采用粉末冶金法以铝粉和镍粉为原料合成nial和ni3al金属间化合物粉体,对ni-al金属间化合物及相关反应进行了热力学计算,并对不同的反应阶段进行了动力学分析,总结出ni-al金属固相反应过程的机理。实验结果表明,ni-al金属固相反应生成物形成的顺序为nial3→ni2al3→nial→ni3al。ni粉和al粉原子配比为1︰1的物料,在750℃左右反应可以获得结晶完整纯度较高的nial粉体,反应温度超过铝熔点温度时,升高温度对反应产物的成分影响不大;ni粉和al粉原子配比为3︰1的物料,在1 200℃左右反应可以获得结晶完整纯度较高的ni3al粉体,提高反应温度有利于提高ni3al的转化率。

关键词：粉末冶金 ni-al金属间化合物热力学动力学

氢致ni-al系金属间化合物脆性的第一性原理研究

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氢致Ni-Al系金属间化合物脆性的第一性原理研究

作者：郭宇哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

ni-al系金属间化合物因其具有熔点高、抗氧化性和导热性能好等优点，作为一种新颖的高温结构材料，被广泛地应用。但因其具有室温脆性，严重制约其服役寿命和应用领域。本文采用第一性原理计算的方法对ni-al系金属间化合物的晶体结构、... 详细信息

ni-al系金属间化合物因其具有熔点高、抗氧化性和导热性能好等优点，作为一种新颖的高温结构材料，被广泛地应用。但因其具有室温脆性，严重制约其服役寿命和应用领域。本文采用第一性原理计算的方法对ni-al系金属间化合物的晶体结构、形成能、态密度、布居数和弹性常数进行了计算，实现了对其电子结构和力学性质的表征;然后研究了H原子掺杂对nial和ni3al晶体结构、电子结构和力学性质的影响，以期揭示其室温脆性机理。 ni-al系五种金属间化合物的理论计算晶格常数与实验值和其他理论计算值相吻合，计算结果具有较高的可靠性;五种金属间化合物的形成能均为负值，是热力学稳定的，其稳定性排序为：nial>ni2al3>ni5al3>nial3>ni3al;基于态密度分析可知，五种化合物费米能级处的态密度贡献都主要来自ni的3d电子和al的3p电子，且al的3s和3p轨道与ni的3d轨道发生杂化;ni3al、nial、ni5al3、nial3和ni2al3在费米能级处态密度的具体峰值为4.51eV、1.11eV、3.84eV、1.65eV、1.19eV，稳定性顺序与形成能计算结果相吻合;基于布居数分析可知，al失去电子，ni得到电子，ni-al形成较强的共价键且居于主导地位。五种化合物均为机械稳定的;nial的G/B值为0.253，延性最好;ni2al3的G/B值为0.645，表现为脆性。ni5al3和ni2al3的杨氏模量分别为210GPa和209GPa，可预测其具有较高的硬度。 H掺杂nial和ni3al后，优先占据nial中富al的八面体间隙和ni3al中ni原子构成的八面体间隙;H掺杂ni3al后，其G/B均大于0.5，表现为脆性，H掺杂nial后，其G/B值有所增加，与nial相比脆性增加，即H掺杂导致了两种化合物的脆性。基于态密度分析，得知H的1s轨道与ni的3d轨道发成杂化。由布居数分析可知，H得到电子，其近邻的ni得电子能力减弱;H与近邻ni形成共价键，近邻ni原子之间形成ni-ni反键。H掺杂导致了nial和ni3al中ni-ni反键的形成，因此ni-ni键在低应力条件下就会发生断裂，ni-ni反键所在晶面成为解理面，nial和ni3al的脆性增加。

关键词： ni-al金属间化合物力学性质电子结构第一性原理

铜表面等离子熔覆ni/ni-al金属间化合物涂层制备及性能研究

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铜表面等离子熔覆Ni/Ni-Al金属间化合物涂层制备及性能研究

作者：狄鹏东南大学

学位级别：硕士

表面改性可以使Cu基材表面获得耐高温、耐磨损以及耐腐蚀等多种优异性能。等离子熔覆作为一种先进的表面改性技术,可以制备出低稀释率、组织致密及与基体结合良好的涂层,但采用这种技术在Cu基材表面制备涂层的研究未见报道。本文初次尝... 详细信息

表面改性可以使Cu基材表面获得耐高温、耐磨损以及耐腐蚀等多种优异性能。等离子熔覆作为一种先进的表面改性技术,可以制备出低稀释率、组织致密及与基体结合良好的涂层,但采用这种技术在Cu基材表面制备涂层的研究未见报道。本文初次尝试以ni粉和A1粉为熔覆原材料,采用等离子熔覆技术在纯Cu基材表面制备ni-al金属间化合物涂层。考虑到ni-al金属间化合物与Cu基材的润湿性差,且ni-al金属间化合物与Cu基材界面存在应力奇异性,在ni-al层与Cu基体之间加入了ni过渡层,制备出ni/ni-al金属间化合物涂层,并在ni-al层中添加Fe和Y203,对涂层的相组成、界面结合、微观组织、成分、显微硬度和耐磨性进行了测试分析。主要研究成果如下：(1)采用L9(33)正交表对工作电流、扫描速度、氩气流量三因素进行铜表面等离子熔覆ni/ni-al金属间化合物涂层正交试验。结果发现,氩气流量(C)对涂层表观质量影响最大,工作电流(A)对涂层界面结合和显微硬度影响最显著。最佳工艺参数为：工作电流150A,扫描速度10cm/min,氩气流量1L/min。(2)采用最佳工艺参数在纯Cu表面等离子熔覆ni/ni-al涂层,研究结果表明,可以在Cu表面原位反应合成单相金属间化合物nial。涂层致密、无裂纹,过渡层ni与基体Cu形成冶金结合。涂层从基体界面到表层的组织变化为平面晶→柱状晶→无序树枝晶→等轴晶。ni-al涂层在摩擦磨损试验中没有出现脆性断裂剥离,而是出现了磨粒磨损特征的犁沟,磨损是由多次塑性变形导致断裂造成的。(3)不同Fe含量的ni-al涂层,主要物相均为单相nial,Fe作为溶质原子固溶在nial中：涂层组织主要是树枝晶;ni、al、Fe、Cu各元素在界面处存在明显的过渡梯度,涂层与基体Cu形成了冶金结合。随着Fe含量的增加,树枝晶逐步细化;形成ni-al-Fe三元合金使熔点降低导致ni过渡层厚度变窄：涂层的显微硬度先增加后降低,当Fe含量为15at.%时,获得最大的显微硬度。Fe元素的加入对涂层的耐磨性产生显著地提高,耐磨性最高的涂层是未添加Fe涂层的6.5倍。(4)不同Y203含量的ni-al涂层中物相随着Y203增加而改变,当Y203添加量不超过1.5wt.%时,ni-al涂层物相均为单相的金属间化合物nial;当Y203添加量为2.0wt.%时,ni-al涂层中存在nial相和ni3al相。随着Y203含量的增加,ni-al涂层组织细化,获得弥散分布的析出相：ni、al、Cu元素从涂层区到界面结合处含量发生改变,熔覆材料来自基材的稀释降低;由于合金流动性增强,ni过渡层消失;涂层的平均显微硬度增加。稀土元素的加入显著地提高涂层的耐磨性,耐磨性最高的涂层是未添加稀土元素涂层的8.7倍。

关键词：等离子熔覆纯铜 ni-al金属间化合物涂层摩擦磨损

反应合成ni（Fe）-al金属间化合物的研究

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反应合成Ni（Fe）-Al金属间化合物的研究

作者：谷征征山东科技大学

学位级别：硕士

ni-al、Fe-al系金属间化合物材料具有强度高,耐高温性好,导电、导热率高等优异性能,是介于高温合金和陶瓷之间最有希望的高温结构材料之一。由于金属间化合物存在的物相较多且制备复杂,对其反应过程及机理方面的研究存在一定的困难。研... 详细信息

ni-al、Fe-al系金属间化合物材料具有强度高,耐高温性好,导电、导热率高等优异性能,是介于高温合金和陶瓷之间最有希望的高温结构材料之一。由于金属间化合物存在的物相较多且制备复杂,对其反应过程及机理方面的研究存在一定的困难。研究ni-al、Fe-al系金属间化合物的反应过程及各种工艺参数对反应过程和影响,对于提高其产品性能的可控性,扩大应用领域具有重要意义。本文以ni、al、Fe粉末为原料,通过加热使ni与al、Fe与al发生原位反应,生成金属间化合物材料。首先计算了ni-al系、Fe-al系不同金属间化合物的绝热温度,分析反应物配比（1：1、2：1、3：1）对生成物的物相组成的影响,探讨配比对物相的影响规律;结合差热分析实验及不同温度下烧结产物的物相组成,分析反应过程;并探讨了工艺参数（粉末粒度、升温速率、压坯强度）对反应过程的影响规律。研究结果表明：ni-al、Fe-al体系不同金属间化合物的绝热温度均随着A1含量的变化而变化,在常温下ni-al体系中只有nial金属间化合物的绝热温度高于1800K,Fe-al体系所有的金属间化合物绝热温度都低于1800K,要想发生自蔓延反应需要外界对体系进行能量补充。反应物配比对ni-al、Fe-al两种体系烧结产物物相组成的影响规律大致相同。当ni：al=1:1（at.%）时,反应生成物只含有nial相,形态为不同位向的片层组织;当ni:al=2:1（at.%）时,生成物中含有nial和ni3al;相,形态为针片状的ni3al分布在黑色的nial基体上;当ni:al=3:1 （at.%）时,生成物只中有ni3al相,形态为形状不规则的块状组织,边界模糊。而当Fe:al=1:1 （at.%）时,反应生成物只含有Feal相;当Fe:al=2:1 （at.%）时,生成物中含有Feal和Fe3al相;当Fe:al=3:1 （at.%）时,生成物中只有Fe3al相;对于Fe-al体系,三种不同配比烧结产物的微观形貌有明显的不同,随着Fe含量的增多,颗粒越来越细小和均匀,颗粒间的结合也越来越紧密,孔隙也逐渐减小,致密化程度升高。反应生成nial、Feal金属间化合物的反应过程相似：反应过程中都产生了两个放热峰和一个吸热峰,都是开始于固态扩散。首先发生生成中间相nial3、ni2al3（Fe2al5）的反应,反应放热引发第一放热峰;随着反应的进行都有al的熔化现象发生,并产生了吸热峰;最后中间相和剩余的ni、Fe发生反应,生成最终产物,并引发第二放热峰。 A1颗粒的大小,体系的升温速率和压坯强度对ni-al的反应过程都有很重要的影响：A1颗粒越小,越有利于固态扩散和液相的产生,能够促进反应的进行;升温速率升高,可以弥补反应过程中热量的损失,还可以提高反应体系的过热度,促进反应的进行;压坯密度越高,颗粒之间结合越紧密,越有利于反应过程的传质和传热,有利于提高反应速度。同时,改变压坯强度还可以改变反应模式,压坯强度足够高时,反应可以由自蔓燃模式转变成热爆模式。

关键词： ni-al金属间化合物 Fe-al金属间化合物反应合成绝热温度反应过程

等离子熔覆ni-al金属间化合物涂层的研究

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等离子熔覆Ni-Al金属间化合物涂层的研究

作者：袁建军山东科技大学

学位级别：硕士

nial金属间化合物具有优良的抗高温氧化性和高温力学性能，是应用前景很好的高温结构材料和涂层材料。本论文针对传统的等离子熔覆金属间化合物工艺中存在的涂层结构不致密、不均匀以及涂层材料的损失过大，首次采用首先通过热爆合成... 详细信息

nial金属间化合物具有优良的抗高温氧化性和高温力学性能，是应用前景很好的高温结构材料和涂层材料。本论文针对传统的等离子熔覆金属间化合物工艺中存在的涂层结构不致密、不均匀以及涂层材料的损失过大，首次采用首先通过热爆合成技术得到ni-al金属间化合物，并且向ni、al反应体系中加入不同配比的Fe来降低体系的熔点、改善ni-al系金属间化合物涂层的结合条件，最后再将金属间化合物熔覆在Q235钢基体上，通过不同配比反应体系的涂层材料，探索比较理想的涂层体系。在本文实验中，通过借助光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪以及X射线衍射仪等分析手段对所得到的试样进行分析，结果表明：当ni、al混合粉末采用不同配比时，所得到的金属间化合物涂层的成分是不一样的，并且得到的涂层的表面质量也不一样，结果显示当ni粉的含量为50％wt和75％wt时得到的涂层的质量最好。ni粉的含量为50％wt时得到的涂层的成分为nial金属间化合物，而当ni粉的含量为75％wt得到的涂层成分为nial和nial。而在ni、al质量比为2：1的情况下加入不同配比Fe时，涂层中则含有nial和Feal两种金属间化合物。通过硬度分析，金属间化合物涂层均明显的提高了基体表面的硬度。论文还就同种反应体系中采用不同的熔覆参数对涂层的影响进行了初步的分析，结果发现，当采用不同的熔覆电流和扫描速度时，得到的涂层成分没有发生变化，而涂层的显微组织发生了很大的变化。

关键词：等离子熔覆热爆合成技术 ni-al金属间化合物