改善金属间化合物作为高温结构材料的方法

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对于高温金属间化合物而言，室温塑性、高温强度和抗氧化性是它有待进一步完善的三个主要性能。

（1）改善室温塑性的有效方法
①加入微量元素，强化晶界　1978年日本科学家首先发现在Ni3Al中加入0.05％～0.1％的B（硼）可显著提高其室温塑性，伸长率可达35％。而当Al含量偏离Ni3Al分子式、原子分数为24％时，加入微量B后，Ni3Al的伸长率可达50％。这是因为B偏聚于多晶Ni3Al的晶界处，强化了晶界的缘故。此外，用Mn微量合金化Ni3Al，形成MnS，抑制晶界上有害元素S的偏聚，可改善晶界强度，从而提高塑性。微量B在FeAl合金中也起一定作用，使其断裂方式改变，得到穿晶解理断口。
②获得复相组织　多相金属间化合物比单相金属间化合物的性能优越，特别是在塑性与强度的配合方面。如Ni3Al基合金性脆，但加入第二相特殊稳定元素（Ni、Mo、V等）形成的具有体心立方结构的第二相后，可具有较好的塑性。研究发现，双相合金通过不同的热处理工艺，可得到一系列的微观结构，它们的塑性和韧度都比单相化合物好，因为双相合金的强度高，且第二相具有易于变形的立方结构，故两者结合显示出较理想的综合性能。
③利用合金化原理，研制以有序相为主体的两相合金　提高金属间化合物塑性和韧性的关键在于晶界。设计合金时，如使强度高的有序相为基体相、体积分数极少的无序相分布在晶界上，这样就可获得既具备金属间化合物各项优异性能，又具有足够塑性的理想合金。例如，Co3V是一种堆垛顺序复杂的六方晶体，通常呈脆性。研究表明，通过以Fe、Ni取代部分Co，得到以（Co、Fe）3V、（Ni、Co、Fe）3V为基的有序面心立方合金，其室温伸长率可达35％。
（2）改善抗氧化性的主要方法
改善抗氧化性，主要是通过加入合金元素。加入的合金元素易氧化，但氧化后产生致密的表面氧化层，比材料中其他任何元素的氧化物更稳定，能阻止气体原子向合金材料内扩散，从而起到保护材料的作用。此外，加入的合金元素量必须足够，以便能形成连续保护层。Al可形成致密的Al2O3氧化层，是一种理想的元素。Al的含量决定着化合物抗氧化能力的强弱。镍铝合金由于Al含量大、分布很均匀，因此表现出良好的抗氧化能力。
（3）利用快速凝固等金属加工工艺来开发金属间化合物，提高性能
常用的工艺有熔铸、定向凝固、喷射成型、热机械处理、快速凝固等，主要用来提高化合物的室温塑性和高温强度。但在制备过程中，必须尽量保持金属间化合物材料的纯净，特别是要降低氧和氢的含量，它们的含量对塑性和抗氧化性有直接影响。消除杂质、获得较细的微观组织是获得良好性能的关键。
细化晶粒是改善塑性的一种重要手段。通过快速凝固的激冷，可使金属间化合物形成极细的微晶（<1μm）或一定量的无序相，甚至是非晶态相。这样就可有效抑制杂质元素在晶界上的偏聚，可以使无序相或非晶态相在变形中起到协调作用，从而抑制沿晶脆性，获得韧化的金属间化合物。由于快速凝固获取的合金其截面都很小（10-3～10-1mm），不能直接用来制作工程构件，为了克服这一不足，可将用快速凝固制得的坯料采用热等静压技术压制或挤压成一定形状的构件，以达应用之目的。如将坯料辗制成粉末，再经粉末冶金手段烧结成所需形状，金属间化合物的韧化效果就会更加突出。研究者用富Ni含B的Ni3Al粉末经烧结制得的试样，其伸长率可达55％以上，且出现了明显的缩颈阶段。不过，需指出的是，快速凝固所获取的韧化效果在高温阶段就逐渐消失。因此，要获得实用的结构金属间化合物，需通过多种途径进行复合韧化。
获取单晶、定向凝固以及其他形变热处理等对金属间化合物都有一定的韧化效果，可根据零件的要求及合金的种类选择使用。
金属间化合物具有许多独特的物理和化学性能，引起国内外科技人员的广泛关注。金属间化合物不仅键合力强，可用于比合金更高的工作温度，而且具有比合金更高的比强度、比刚度及抗氧化能力，是航空航天、国防军事、新型能源、生物工程、信息技术等高新科技的关键材料。但金属间化合物尚未被充分开发利用，人们期待出现一种特殊性能的新型材料，能在各个领域发挥巨大作用。