合金元素对NiAl合金高温氧化行为的影响研究(3)
在保持NiAl的晶体结构不变的情况下，允许化学成分偏离化学计量比。在富Ni的NiAl中，我、会产生反位缺陷，即Ni原子占据Al原子的位置，在富Al的NiAl中，会在Ni原子位置处产生空位，通常化学计量比的NiAl强度和硬度最低而塑性最好。在中低温下，偏离化学计量比的NiAl，由于空位和反位原子阻碍位错运动而显著提高它的流变应力。研究发现，富Al合金的强化效果比富Ni合金的强化效果好，表明空位比反位原子更强烈地阻碍位错运动。随着温度升高，偏离化学计量比的影响逐渐减弱。
在NiAl合金中，添加固溶强化元素，可明显提高NiAl的流变强度。这些元素包括Be、B、C、Cr、La、Mo、Y和Zr等。其中Zr、Mo、Y、B的强化效果显著。George和Liu等人比了这些元素的原子半径和NiAl的晶格尺寸后认为，原子半径较小的B、C原子占据四面体间隙位置，而其它半径较大的原子置换Ni或Al原子。间隙原子和置换原子使晶格发生畸变导致应力场，阻碍位错运动，从而提高NiAl的强度。这种强化效果随着原子半径增大而增强。
1.2 不同元素对NiAl的氧化性能的影响
1.2.1 Al含量对NiAl 金属间化合物高温氧化的影响
从Ni- Al相图可知,β相NiAl 中的Al 元素含量实际分布在一个较宽的浓度范围内. Pint 对不同Al 含量的β- NiAl 的循环氧化行为进行了研究[4] ,发现在1100％ ~ -1200 ％, Al 含量实际上对氧化膜的剥落并没有产生显著影响。 因此在NiAl 金属间化合物的氧化研究中严格控制元素的化学计量比显得并不十分重要。
Ni- Al 二元相图
1.2.2 活性元素对NiAl金属间化合物高温氧化的影响
工件的实际工作环境常常处于热循环状态, 因此氧化膜的粘附性是衡量其是否具有保护性的重要因素。 实验证明, 向合金中添加以Y、Zr 为代表的活性元素是提高氧化膜粘附性的有效途径。 添加活性元素对NiAl 表面氧化膜的显著作用是减少了氧化膜/ 基体界面空洞的数量, 从而增大了氧化膜与基体之间的结合面积。研究发现合金中的活性元素在氧化过程中向氧化膜/ 基体界面聚集, 并通过氧化物晶界向氧化膜/ 空气界面扩散, 从而阻止了Al 元素的外扩散, 通过NiAl 表面氧化膜的物质传输由O 元素的内扩散和Al 元素的外扩散相结合的互扩散转变成以O 元素的内扩散为主的扩散过程, 抑制了空洞在氧化膜/ 基体界面的产生。 如前所述, 合金中杂质元素S 的偏聚也将促进界面空洞的形核与长大, 关于活性元素对硫效应的抑制作用大概有以下两方面的解释: 其一基于活性元素都是硫化物的形成元素, 认为活性元素与S 元素在合金内部优先反应形成稳定的硫化物如Y2S3, 从而限制了S 向界面的扩散[5]。 其二认为, 氧化过程中在氧化膜与基体金属中所产生的应力可能提供了硫偏聚的动力[6] , 而活性元素的添加消除了上述应力, 因此阻碍了S 元素的扩散。 另外活性元素向氧化膜/ 基体界面的偏聚将提高界面自由能从而抑制S 元素的偏聚 。添加活性元素的另一作用是抑制了NiAl 表面氧化膜中亚稳态Al2O3 向稳态Al2O3 的转变。