金属间化合物结构材料的优化钎焊技术

金属间化合物结构材料的特点是晶体结构中组成元素原子做长程有序排列，原子间结合力强，除金属键外还形成一部分共价键，因而具有一系列优异的性能，如高温强度高（有些合金在一定温度范围内强度随温度升高而提高），弹性模量高，刚度高，密度低等。目前世界各国都十分重视金属间化合物的研究工作，其中进展较大的为Ni-Al系和Ti-Al系，主要的金属间化合物有Ni₃Al、NiAl、Ti₃Al和TiAl，其物理性能见表18-29[50]。

表18-29 一些金属间化合物的物理性能^[50] Table 18-29 Physical properties of some intermetallic compounds^[50]

Ni₃Al是有序金属间化合物中研究得最多的一种，目前以Ni₃Al为基的材料已达到较高的性能水平，美国橡树岭国家试验室已发展了一系列IC合金，有些已转让给企业。我国研制的JG4006合金，名义成分为Ni-（3.5%～14.30%）Mo-（7.40%～8.00%）Al-（<0.1%）B，它具有密度低、强度高、成本较低、综合性能好等优点，已通过鉴定，并用于某型号发动机二级导向叶片的制造，顺利通过了地面试车和空中飞行试验^[51]，成为世界第一个上天的Ni₃Al基铸造合金。(www.xing528.com)

与镍基铸造高温合金相比，NiAl基合金优点更突出：其密度只有镍基合金的2/3左右，热传导性则为镍基高温合金的4到8倍，且具有优异的抗氧化性能，其简单的有序体心立方结构使其塑性变形可能比许多其他金属间化合物容易，是当今世界上热门研究的材料之一。其最有潜力的应用领域之一是用作高压涡轮叶片材料。低密度的NiAl涡轮叶片可使涡轮转子减重达40%^[52]。

Ti₃Al基合金具有熔点高、密度低、刚性好、强度高、高温抗氧化性强等优点，其最高使用温度达815℃，远远超过了普通钛合金的使用温度。与其他金属间化合物一样，Ti₃Al在室温时的塑性很差。目前加入β稳定元素，特别是Nb，是改善Ti₃Al延性最成功的方法。因此美国两家制造商推入市场的两种Ti₃Al基合金都含Nb，成分分别为Ti-21Nb-14Al和Ti-21Nb-14Al-3.5V-2Mo^[53]。由Ti₃Al基合金制成的新型航空发动机的高压涡轮支承环、加力燃烧室等一些零件以及高压压气机机匣已在美国成功地经受了长期试车考验。采用Ti₃Al基合金作喷气发动机的加力燃烧室，其刚性与高温性能不仅与镍基高温合金相当，而且使重量减轻40%^[54，55]。

TiAl的密度更低，为3.91g/cm³，使用温度可达1000℃，是一种更具有吸引力的材料。