NiAl共晶合金的高温氧化行为的研究(3)
1.2 NiAl的物理性质
长程有序金属间化合物NiAl具有熔点高（1638℃约比镍基高温合金高300℃）、抗氧化性好、杨氏模量高、密度低（约为镍基高温合金的三分之二）、导热率高（为镍基高温合金的4-8倍）等一系列特点，作为高温结构材料有着广泛的应用前景。NiAl的结构特点还使得它有着潜在的应用前景在催化工业，原子能工业以及电子工业领域[6]。
研究NiAl基本物理性质包括很多方面，例如弹性性质、电子结构和成键特征、热力学性质、电磁性质和热性质等。NiAl的各项物理性能见表1-1。以材料研究角度主要介绍NiAl的晶体结构方面的性质。
表1-1 NiAl，合金化NiAl及高温合金的物理性能比较
Property Temperature，K NiAl NiAl alloys Advanced
superalloy
Bonding
Melting Point,K
Matrix lattice parameter,Ȧ
Matrix/ppt.lattice mismatch,percent
Density,g/cm3
Young`s modulus,polycrystal,GPa
Young`s modulus,<001>,GPa
Anisotropy factor
Shear modulus,polycrystal,GPa
Poisson`s ratio
Thermal expansion,10-6/K
Specific heat,J/g•K
Thermal diffusivity,cm2/sec
Thermal conductivity,W/m•K
Electrical resistivity,μΩ•cm
NiAl是一种价电子数/原子数等于3/2的电子化合物，它的体心立方结构可以看成是由两种立方结构穿插而成的，两种亚晶格的顶点各自由Ni和Al原子占据，NiAl的长程有序结构能够一直保持到溶点。单相NiAl在Al含量45-60at.%的范围内可以稳定存在。
通常情况下，富Ni的NiAl中过剩的Ni原子占据Al原子位置，而在富AL合金中往往形成Ni空位。NIAl中的结构缺陷具有短程有序特征，两个原子位于两个亚晶格之间最近邻通常不会是同一个原子，这有助于降低由于缺陷造成的应变能[7]。
随着化学成分的变化，NiAl的晶格常数和密度变化特别明显。化学计量比成分NiAl的晶格常数最大，偏离计量比晶格常数显著下降，且呈线性变化。随Ni含量的增加NiAl的密度变大，这是由于Ni的原子量比Al大，而原子半径较Al小而造成的，室温下纯化学计量比NiAl的密度为5.85g/cm3[8]。
1.3 镍铝基合金的氧化
作为高温结构的替代材料，由于NiAl金属间化合物的一些优良性能，长期以来得到非常广泛的关注，对其高温氧化行为也进行了广泛的研究。
与其它Ni基高温合金相比β-NiAl金属间化合物具有较高的热导性和优良的抗高温氧化性能以及较高的熔点（1638℃）、较低的密度（5.90g/cm3）、较高的杨氏模量（240GPa）。最近研究发现通过合金化可以大大提高NiAl合金的高温韧性和室温塑性，因此作为高温结构的候选材料长期以来NiAl得到广泛关注，大量的实验结果表明其高温氧化行为在某些方面有其独特之处[9]。
（1） 瞬态氧化
在初始氧化阶段,合金中所有组元的氧化物同时存在的过程为瞬态氧化。在瞬态氧化阶段NiAl金属间化合物特别容易形成立方晶系的亚稳Al2O3,包括γ相、δ相以及θ相,尽管很多学者对NiAl氧化过程中产生的各种氧化物相以及相应的氧化物形貌和相变机制有钻研的兴趣,可是还没有确凿的证据表明这些因素对NiAl的长期氧化性能产生影响,尤其是氧化膜的粘附性。
（2） 稳态氧化
NiAl金属间化合物的抗高温氧化性能很好,这主要基于其本身较高的Al含量以及Al元素相对较高的扩散能力限制了氧化膜/ 基体界面低Al含量Ni-Al相的形成。只有在极长的氧化时间或极高的氧化温度作用下(例如在1200℃,超过3000个1h循环或在1300℃超过40个100 h的循环)NiAl才有可能发生氧化失效,因此几乎没有关于NiAl失稳氧化的报导[10]。