鎳基單晶高溫合金的制備及難熔元素對(duì)其熔體結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、鎳基單晶高溫合金具有優(yōu)異的綜合性能,是制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的關(guān)鍵材料,其研制和開(kāi)發(fā)一直得到各國(guó)的高度重視。鎳基單晶高溫合金中雀斑缺陷的存在嚴(yán)重影響了高溫合金的使用壽命和綜合性能,對(duì)于雀斑缺陷的進(jìn)一步研究將有助于控制生產(chǎn)過(guò)程中雀斑缺陷的形成,改善高溫合金性能。
　　本文利用定向凝固方法制備了單晶高溫合金樣品,并觀察了其中的雀斑缺陷。由于Re、W、Ta等難熔元素不僅對(duì)雀斑缺陷的形成有重要影響,同時(shí)也對(duì)高溫合金的組織性能有很大作用,因

2、此本文利用從頭算分子動(dòng)力學(xué)方法,建立模型,模擬了純Ni及合金Ni106Re2、Ni106W2、Ni106Ta2在高溫液態(tài)下的結(jié)構(gòu)特征和擴(kuò)散系數(shù),研究了微量難熔元素的添加對(duì)高溫合金的影響;同時(shí)為了更進(jìn)一步研究難熔元素對(duì)Ni體系的影響,我們選擇Ta元素,逐漸增加其在Ni-Ta合金中的含量,研究了難熔元素在液態(tài)Ni合金中的作用。
　　通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn),少量難熔元素的加入對(duì)合金整體熔體結(jié)構(gòu)影響不大,但體系在難熔元素Ta和Re、W附近的原子分布

3、有所不同;在純Ni熔體中,與二十面體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的鍵型15lm占絕大比例, Ni熔體中短程結(jié)構(gòu)以5度對(duì)稱(chēng)的二十面體結(jié)構(gòu)為主。盡管在Ni熔體中加入難熔元素Re、W、Ta對(duì)熔體結(jié)構(gòu)影響不大,但15lm隨著Re、W、Ta的加入而增加,難熔元素加入后,可以在Ni熔體中形成核心,使得原子更加容易在難熔元素附近聚合,而使結(jié)構(gòu)更加有序;對(duì)于純Ni體系,Ni原子的擴(kuò)散系數(shù)滿(mǎn)足阿累尼烏斯方程式;當(dāng)加入Re和W之后,合金中Ni原子的自擴(kuò)散系數(shù)仍然符合阿累尼

4、烏斯方程,但前置因子和擴(kuò)散激活能均隨著難熔元素的加入而減小;而加入 Ta原子后,Ni的擴(kuò)散系數(shù)則不再滿(mǎn)足阿累尼烏斯方程。
　　隨著Ta原子在Ni熔體中的含量增加,體系的結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生變化,由二十面體占優(yōu)的5軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),鍵角分布逐漸由55°和107°兩個(gè)峰值,變化為59°和111°。同時(shí)各種原子的擴(kuò)散系數(shù)由計(jì)算得出,同一體系中Ta原子的擴(kuò)散系數(shù)均小于Ni原子,而液態(tài)Ni隨著Ta原子含量的增加,體系中原子的擴(kuò)散系數(shù)并不