关键合金元素对镍基单晶高温合金中位错及相界行为的影响

China is far behhind in the field of the superalloys, which restricts the progress of aero engines, even the national defense. The key scientific question is to understand the relationship between microsructure and the critical mechanical properties, such as the creep property. By doing that, we can obtain the advanced processing technique for superalloys, which is the high secret all over the word. The role of the alloy elements is a focus of the related fundermental research...Since there is little research on the relationship between microstructure and properties at the atomic scale, we propose to study the influence of key alloy elements on the microstructure and its evolution during the creep process. The research will concentrate on the effect of elements Re, Ru, W, Ta on the behavior of dislocations and phase interface under stress and high temperature conditions. This will give strong support to superalloys design for higher creep resistant property.

我国镍基单晶高温合金研究的落后，一直制约着航空发动机甚至是国防事业的发展。其关键科学问题是如何掌握蠕变等关键力学性能与相应显微结构间的关系，从而获得属于国际高度机密的材料制备和加工的工艺。其中，合金元素的作用是高温合金基础研究的核心问题之一。..鉴于我国此类研究少有在原子层次的结构-性能关系研究，本申请拟利用先进的电子显微结构分析技术，结合合金制备和加工工艺，系统研究关键性合金元素如何影响合金的显微结构，以及它们在合金蠕变过程中如何影响显微结构的演变过程。重点关注Re, Ru, W, Ta在高温和应力状态下对位错行为、相界稳定的影响，为制备具有更好抗蠕变性能的高温合金材料提供基础研究支持。

镍基单晶高温合金是重要的航空发动机材料，镍基单晶高温合金的重要特点是高度合金化，合金元素的作用是高温合金基础研究的核心问题。本项目围绕关键合金作用的微观机理展开研究工作，主要研究内容包含以下四部分：1）室温下NiAl，NiAlRe，NiAlReRu单晶模型合金在扫描电镜下的原位拉伸行为；2）750°C下NiAl，NiAlRe，NiAlReRu单晶模型合金在扫描电镜下的原位拉伸行为；3）NiAl，NiAlRe，NiAlRu，NiAlReRu单晶模型合金γ/γ’相界面结构；4）1000°C下γ/γ’两相界面演变过程的准原位研究。获得以下主要结果：1）Re，Ru可以提高合金在室温下和750℃下的强度，并且在750℃下强度的提高更为明显。2）Re，Ru会影响合金的变形机制。室温下，NiAl和NiAlReRu合金断裂面为｛001｝，而NiAlRe是｛111｝，透射电镜下观察到的位错组态也不同，NiAl和NiAlReRu在 γ'相内的位错组态为不全位错夹反相畴，NiAlRe在γ'相内的位错组态除了不全位错夹反相畴外，还观察到了不全位错夹层错。3）Re，Ru会影响合金的界面结构，不同成分的合金界面宽度不同。4）利用准原位实验看到了NiAl合金界面在1000℃下的演变过程。研究关键合金元素对于高温合金显微结构以及显微结构演变过程的影响，可以加深对于高温合金元素作用的理解，为高温合金的设计和性能的提高，提供理论基础。