iNiAl金屬間化合物材料的制備技術(shù)及其研究發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用現(xiàn)狀

江濤　陳陽(yáng)　成銘　萬(wàn)海榮　王園園　楊美麗

摘 要：NiAl金屬間化合物材料由于具有較高的力學(xué)性能，良好的耐磨損性能和抗高溫氧化性能而被廣泛應(yīng)用在工程領(lǐng)域中。該文主要講述NiAl金屬間化合物材料的制備工藝和性能以及研究發(fā)展情況等。該文主要詳細(xì)的講述NiAl金屬間化合物材料的制備工藝，力學(xué)性能，抗高溫氧化性能和其他性能以及研究發(fā)展現(xiàn)狀等，并介紹NiAl金屬間化合物材料在工程領(lǐng)域中的研究和應(yīng)用。并對(duì)NiAl金屬間化合物材料的研究發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展方向進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：NiAl金屬間化合物 Ni-Al合金 制備工藝 研究發(fā)展現(xiàn)狀

中圖分類號(hào)：TG22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）09（a）-0080-02

1 NiAl金屬間化合物材料的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用

Ni-Al金屬間化合物主要包括NiAl金屬間化合物材料。NiAl金屬間化合物材料由于具有較高的力學(xué)性能，良好的耐磨損性能和抗高溫氧化性能等而被廣泛應(yīng)用在工程領(lǐng)域中。NiAl金屬間化合物具有金屬鍵和共價(jià)鍵共存的特點(diǎn)，所以NiAl金屬間化合物材料具有較高的力學(xué)性能，具有較高的熔點(diǎn)，具有較高的熱導(dǎo)率，具有良好的抗氧化性能以及耐腐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)[1-5]。NiAl金屬間化合物材料作為耐高溫抗氧化結(jié)構(gòu)材料有望在高溫工程領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用[1-5]。由于NiAl金屬間化合物具有較高的性能而且制備成本較低，所以在實(shí)際應(yīng)用中具有很大優(yōu)勢(shì)。對(duì)NiAl金屬間化合物的性能進(jìn)行廣泛的研究和應(yīng)用。但是NiAl金屬間化合物材料還存在室溫脆性大和抗蠕變性能差等問(wèn)題[1-5]。為此研究者對(duì)NiAl合金開(kāi)展了廣泛的研究[1-5]。NiAl合金的熔點(diǎn)為1638℃，NiAl合金的密度為5.86g/cm3，NiAl合金的彈性模量為294GPa，NiAl合金的熱導(dǎo)率較高，NiAl合金的成分比例是Ni50：Al50[5-10]。NiAl金屬間化合物材料具有較高的抗高溫氧化性能和良好的耐高溫性能，但其NiAl合金在室溫條件下塑性較差，斷裂抗力較差以及高溫強(qiáng)度較低等[5-10]。NiAl金屬間化合物的使用溫度更高[5-10]。所以NiAl合金可以作為高溫結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于更高的溫度和環(huán)境中[5-10]。NiAl金屬間化合物由于具有較高的力學(xué)性能，較高的耐磨損性能，良好的抗高溫氧化性能而被廣泛應(yīng)用在高溫工程領(lǐng)域中。NiAl金屬間化合物的組成是Ni元素與Al元素的摩爾比例為50∶50。本文主要詳細(xì)講述NiAl金屬間化合物材料的制備工藝，力學(xué)性能和其他性能以及研究發(fā)展現(xiàn)狀等，并介紹NiAl金屬間化合物材料在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。并簡(jiǎn)要介紹NiAl金屬間化合物基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀。并對(duì)NiAl金屬間化合物未來(lái)的研究發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

2 NiAl金屬間化合物材料的制備技術(shù)

NiAl金屬間化合物材料可以作為功能材料和結(jié)構(gòu)材料[5-10]。NiAl金屬間化合物材料具有較高的力學(xué)性能和良好的抗高溫氧化性能[5-10]，NiAl金屬間化合物材料可以作為高溫結(jié)構(gòu)材料和復(fù)合材料基體應(yīng)用在工程領(lǐng)域中[5-10]。NiAl金屬間化合物材料的制備方法有很多種類，制備工藝方法將會(huì)影響NiAl金屬間化合物材料的性能。NiAl金屬間化合物材料的制備方法有機(jī)械合金化法、熱壓燒結(jié)法和熱等靜壓燒結(jié)法，燃燒合成法等。

2.1 機(jī)械合金化法

機(jī)械合金化是一種制備高溫合金粉末和金屬間化合物粉末的高能球磨工藝。機(jī)械合金化工藝是將不同種金屬粉末放入高能球磨機(jī)進(jìn)行機(jī)械球磨，通過(guò)磨球，粉末和球磨罐之間的強(qiáng)烈相互碰撞，破碎和焊合作用，粉末顆粒發(fā)生碰撞粘結(jié)，變形斷裂和冷焊并被不斷細(xì)化，金屬粉末顆粒就會(huì)被粘結(jié)在一起形成層狀結(jié)構(gòu)的顆粒，繼續(xù)球磨破碎形成粉末粒度較細(xì)的金屬合金粉末。從而使得金屬混合粉末實(shí)現(xiàn)合金化形成金屬合金粉末。采用機(jī)械合金化球磨工藝可以制備出NiAl金屬間化合物材料。利用機(jī)械合金化制備納米晶NiAl金屬間化合物，在機(jī)械合金化工藝后形成具有納米結(jié)構(gòu)的NiAl金屬間化合物粉末?？梢詫i粉末和Al粉末按照摩爾比例為50∶50進(jìn)行混合然后進(jìn)行機(jī)械合金化工藝和熱處理工藝得到NiAl金屬間化合物粉末，并通過(guò)熱壓燒結(jié)工藝制備NiAl金屬間化合物塊材。

2.2 熱壓燒結(jié)法和熱等靜壓法

采用熱壓燒結(jié)和熱等靜壓可以制備致密的NiAl金屬間化合物塊材。熱壓燒結(jié)法和熱等靜壓法適用于燒結(jié)NiAl金屬間化合物材料。熱等靜壓處理還能提高NiAl合金的致密性[5-10]。采用機(jī)械球磨和熱壓燒結(jié)法合成NiAl金屬間化合物塊材，按照摩爾比例為50∶50球磨Ni粉末和Al粉末，機(jī)械球磨過(guò)程中通過(guò)反應(yīng)合成NiAl金屬間化合物粉末，最后通過(guò)熱壓燒結(jié)工藝制備出NiAl合金塊體材料。也可以將機(jī)械合金化得到的NiAl合金粉末通過(guò)熱等靜壓燒結(jié)工藝制備致密的NiAl合金塊材。所以可以通過(guò)機(jī)械合金化工藝制備NiAl合金粉末，并通過(guò)熱壓燒結(jié)工藝制備NiAl合金塊材[5-10]。

2.3 燃燒合成法

燃燒合成法可以制備NiAl金屬間化合物材料。制備方法主要有自蔓延高溫合成，熱壓放熱反應(yīng)合成法等。將Ni粉末和Al粉末通過(guò)自蔓延高溫合成工藝可以制備NiAl金屬間化合物粉末，并通過(guò)熱壓燒結(jié)工藝制備NiAl金屬間化合物塊材。通過(guò)熱壓放熱反應(yīng)合成法可以制備顆粒增強(qiáng)的NiAl金屬間化合物基復(fù)合材料。

3 NiAl合金的改性研究

改善和提高NiAl金屬間化合物性能的主要方法是向NiAl基體中加入合金元素，并且在NiAl金屬間化合物材料中取得成功[5-10]。向NiAl合金中加入Ti，Cr，Nb，Si，F(xiàn)e等形成高溫合金材料將提高NiAl合金的抗高溫氧化性能和耐高溫性能[5-10]。

4 NiAl金屬間化合物基復(fù)合材料的制備和性能

NiAl金屬間化合物材料由于具有較高的力學(xué)性能、較高的熔點(diǎn)、較低的密度、較高的導(dǎo)熱率、較高的彈性模量以及良好的抗腐蝕性能和抗氧化性能等[5-10]。因此NiAl合金在工業(yè)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。制備NiAl金屬間化合物基復(fù)合材料是NiAl合金材料主要的研究發(fā)展方向。制備NiAl合金基復(fù)合材料可提高NiAl金屬間化合物材料的室溫?cái)嗔秧g性，室溫塑性以及高溫強(qiáng)度等性能。所以就需要制備NiAl金屬間化合物基復(fù)合材料，提高NiAl合金的高溫力學(xué)性能、抗蠕變性能、抗高溫氧化性能等[5-10]。

4.1 NiAl納米晶復(fù)合材料

采用納米顆粒增強(qiáng)和增韌NiAl合金制備NiAl基復(fù)合材料可以提高NiAl合金的力學(xué)性能、耐磨損性能、抗高溫氧化性能等。納米級(jí)顆粒在NiAl合金基體中起到增強(qiáng)和增韌的作用。通過(guò)納米顆粒的強(qiáng)化作用有助于增強(qiáng)NiAl合金材料的抗蠕變能力。制備納米顆粒增強(qiáng)和增韌的NiAl基復(fù)合材料成為提高NiAl合金性能主要方法。此外采用機(jī)械合金化工藝制備納米NiAl合金粉末，并通過(guò)熱壓燒結(jié)工藝或者放電等離子燒結(jié)工藝制備納米NiAl合金塊材。

4.2 NiAl金屬間化合物基復(fù)合材料的制備技術(shù)和性能

制備NiAl金屬間化合物基復(fù)合材料的制備方法是將金屬顆粒、陶瓷顆粒、晶須和短纖維加入到NiAl金屬間化合物基體中，從而制備顆粒增強(qiáng)，晶須增強(qiáng)或短纖維增強(qiáng)的NiAl基復(fù)合材料，制備NiAl基復(fù)合材料可以提高NiAl合金的室溫韌性和室溫塑性以及高溫強(qiáng)度[5-10]。并通過(guò)增強(qiáng)相的增強(qiáng)和增韌作用提高NiAl金屬間化合物基復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性[5-10]。通過(guò)TiB2、TiC顆粒的彌散強(qiáng)化使得NiAl金屬間化合物的強(qiáng)度和韌性得到較大提高。通過(guò)原位反應(yīng)合成和熱壓燒結(jié)工藝制備TiB2，TiC顆粒增強(qiáng)NiAl基復(fù)合材料。還可以通過(guò)熱等靜壓燒結(jié)工藝制備顆粒增強(qiáng)NiAl基復(fù)合材料[5-10]。熱壓放熱合成工藝是將放熱反應(yīng)合成與熱壓燒結(jié)工藝相結(jié)合，用熱壓放熱反應(yīng)合成工藝制備TiC、TiB2、Al2O3顆粒增強(qiáng)NiAl基復(fù)合材料?，F(xiàn)在已經(jīng)制備出NiAl-TiC復(fù)合材料、NiAl-TiB2復(fù)合材料、NiAl/Cr（Mo）-TiC復(fù)合材料和NiAl-Al2O3-TiC復(fù)合材料等。還可以將晶須或者短纖維加入到NiAl合金基體中形成晶須增強(qiáng)和增韌的NiAl基復(fù)合材料。通過(guò)復(fù)合后得到的NiAl合金基復(fù)合材料的高溫強(qiáng)度得到顯著提高，韌性和塑性得到明顯改善[5-10]。有些研究者研究TiC顆粒增強(qiáng)NiAl（Co）復(fù)合材料的合成和力學(xué)性能。有些研究者研究NiAl/HfC復(fù)合材料的機(jī)械合金化和力學(xué)性能。有些研究者研究NiAl/TiB2復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。

4.3 NiAl金屬間化合物基復(fù)合材料的研究發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展方向

NiAl金屬間化合物基復(fù)合材料主要包括：NiAl/Al2O3復(fù)合材料，NiAl/TiC復(fù)合材料，NiAl/ZrO2復(fù)合材料，NiAl/WC復(fù)合材料，NiAl/HfC復(fù)合材料，NiAl/TiB2復(fù)合材料，NiAl/HfB2復(fù)合材料，NiAl/AlN復(fù)合材料等。還可以將連續(xù)纖維與NiAl合金相復(fù)合制備連續(xù)纖維增強(qiáng)NiAl基復(fù)合材料，例如制備Al2O3纖維增強(qiáng)NiAl基復(fù)合材料，Mo纖維增強(qiáng)NiAl基復(fù)合材料?？梢詫⒍汤w維或晶須加入到NiAl合金中制備晶須或短纖維增強(qiáng)NiAl基復(fù)合材料。還可以制備具有復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)的NiAl/Ni復(fù)合材料，NiAl/Al復(fù)合材料等。采用擴(kuò)散粘結(jié)法可以制備連續(xù)纖維增強(qiáng)NiAl基復(fù)合材料。例如連續(xù)Mo纖維增強(qiáng)NiAl基復(fù)合材料，連續(xù)Al2O3纖維增強(qiáng)NiAl基復(fù)合材料。連續(xù)纖維增強(qiáng)NiAl金屬間化合物基復(fù)合材料具有較高的力學(xué)性能。

5 結(jié)語(yǔ)

NiAl金屬間化合物由于具有較高的力學(xué)性能，良好的耐磨損性能和抗高溫氧化性能等而被廣泛應(yīng)用在工程領(lǐng)域中。該文主要講述NiAl金屬間化合物材料的制備工藝和性能以及研究發(fā)展情況等。該文主要講述NiAl金屬間化合物材料的制備工藝、力學(xué)性能和其他性能以及研究發(fā)展現(xiàn)狀等，并介紹NiAl金屬間化合物在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。NiAl金屬間化合物的未來(lái)研究發(fā)展趨勢(shì)是開(kāi)發(fā)新型制備工藝制備具有高性能的NiAl金屬間化合物材料；將顆粒、晶須和短纖維、連續(xù)長(zhǎng)纖維等引入到NiAl金屬間化合物基體中形成NiAl基復(fù)合材料；還可以通過(guò)機(jī)械合金化工藝制備納米級(jí)NiAl金屬間化合物粉末，并通過(guò)粉末冶金工藝制備出NiAl金屬間化合物納米塊材，可以顯著提高NiAl合金的力學(xué)性能。

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