先进镍基单晶高温合金中强化元素行为及其与微观缺陷交互作用的纳米尺度研究

本项目通过电子显微镜在纳米尺度研究不同Ru含量的镍基单晶高温合金在高温蠕变过程中强化元素的分布特征、赋存状态和相互作用机制。研究强化元素在不同成分合金中的分布特征以及Ru的加入对于强化元素分布特征的影响规律，建立合金中原子的赋存状态模型；研究蠕变过程中强化元素的分布特征以及Ru的加入对于强化元素在蠕变过程中再分布行为的影响规律，建立强化元素富集区结构演化的模型，揭示多元素交互作用的物理机制；研究位错线和gamma/gamma prime相界面区域强化元素组分特点和原子赋存状态，建立位错组态、界面结构演化和强化元素分布特征之间关联的物理模型；研究强化元素聚集对于TCP相形核和长大的影响规律，揭示不同TCP相形成的微观机制；最后，通过在纳米尺度研究不同Ru含量合金中强化元素的分布特征、原子赋存状态、TCP相的组成与结构，逐步比较得出元素Ru提高合金组织稳定性的宏观规律和微观机制。

围绕着高温合金的蠕变过程，我们进行了系统的研究，从实验和理论模拟两个方面取得了一系列有特色的创新性成果。本研究项目的结果包括四方面的内容：(1)高温合金在蠕变过程中碳化物种类的演化，提出了多晶高温合金中初生MC型碳化物的演化方式 MC+ γ→ M23C6+ µ；(2) 基体与TCP 相在纳米和原子尺度上的界面结构，发现了在σ/γ界面上存在一个两个原子层高度的台阶并解释了其原因；(3) 强化元素在γ/γ′ 和γ/TCP相界面之间的赋存状态及其交互作用，通过第一性原理计算获得相应的电子结构，分析原子的键合性质，阐明了强化元素的强化机制；(4) 元素Ru的加入对其它强化元素分布行为的影响规律，通过第一性原理计算 Mulliken轨道布居数和偏态密度的电子结构分析，阐明了元素Ru的合金化机制。理论模拟为获得系统的实验结果提供了重要支持作用。