适用高温环境的金属间化合物基结构材料

金属间化合物是指由两种或两种以上的金属组元以整数比组成的，具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构，并具有金属基本特性的化合物。金属间化合物的原子间结合力强，故具有高温结构材料期望的优异性能，如高强度、高弹性模量、慢自扩散和良好的组织结构稳定性。但由于普遍存在差的温室塑性及低的加工成形性等问题，长期未得到应用，一直到20世纪70年代中期才有的进展。

以镍-铝系金属间化合物基高温材料Ni₃Al为例，单晶的Ni₃Al在室温下有塑性，而多晶Ni₃Al在室温环境下却易产生低温沿晶脆断，其脆性源自Ni₃Al的晶界。研究表明，通过加入约0.1%（质量百分率）的硼，断裂可由沿晶变为穿晶，塑性可做到近乎单晶材料，如图10.2-24所示。硼在凝固过程中可以偏析，导致在某些部位的硼含量低下。在制件中，低硼区的存在已证实是非常有害的，因为即使弹性载荷是额定的，缺乏偏析的晶粒边界也可能早于制件的寿命产生破裂，导致灾难性破坏。

两晶粒边界的场离子显微镜图像如图10.2-25所示。已经表明，硼可偏析到很多晶界，但有时并非全部。要使这些金属间化合物真正成为明天的精选涡轮发动机材料，研究出一种无损评价技术，检测零件遍及全体积的晶界偏析情况，可能会成为一种急迫的需求，这是需加关注的。

图10.2-24 对于Ni₃Al[w（Al）=24%]，硼浓度与室温抗拉性能的关系(www.xing528.com)

注：所有试样在100℃下再结晶30min。

10.2-25 两晶粒边界的场离子显微镜图像

注：某些边界有明显硼偏析，而另一些没有。