界面对镍基单晶高温合金不连续脱溶转变影响机理的研究

镍基单晶高温合金是先进高推比航空发动机和大型飞机发动机中关键部件-高压涡轮叶片的首选材料。单晶叶片在长期服役过程中基体组织出现的不连续脱溶区、胞状晶团和叶片涂层下次生反应区是导致部件组织和性能下降，造成重大安全事故的主要原因之一。目前，国内外对镍基单晶次生反应区的研究大多局限于唯象层面，未能深入阐明其本征特性和形成机理，对不连续脱溶转变（DP转变）的研究则更少且缺乏系统性。.本项目拟通过人工晶界技术连接不同取向的单晶，确定界面的错向角与DP转变形成的定量关系以及通过γ/γ′点阵错配度（δ）在不同合金系中以及同一合金由于显微偏析引发枝晶范围内δ值的变化对DP转变影响的系统研究，探明单晶内部DP转变的敏感性、形核和长大过程以及形成原理，从而评价和预测单晶涡轮叶片在服役条件下DP反应的敏感性，同时为含错向晶缺陷的单晶叶片制订检验标准提供物理冶金依据，也对新型单晶合金的研发具有理论指导意义。

镍基单晶高温合金是先进航空发动机高压涡轮叶片的首选材料。单晶叶片在长期服役过程中基体组织出现的不连续脱溶（以下简称“DP”）区是导致部件组织和性能下降，造成安全事故的原因之一。有限的研究表明：DP转变与单晶合金中小角度晶界存在着密切的关系，但对其形成机理由于难度较大而缺乏明确的解释，特别是受限于具有特定晶界取向差双晶的制备技术。.本课题经过长期探索、认真分析失败原因，最终采用过渡液相（TLP）连接和自扩散连接的方法，成功制备出可以精确控制取向、具有平直人工晶界的双晶。与通过籽晶制备双晶的方法相比，该方法简化制备过程，降低成本，提高制备成功率。在此基础上，以第一至三代单晶高温合金为主要研究对象，开展了合金成分、晶界取向差、热处理工艺（温度和时间）对人工晶界处DP转变影响规律的研究。研究结果表明：即使在晶界取向差很大的条件下，第一、二代单晶高温合金也未发生明显的DP转变，而第三代单晶高温合金DD10中DP转变倾向非常明显，说明难熔合金元素Re的含量是影响人工晶界处DP转变的重要因素之一。另外，晶界取向差是影响DP转变的另一个重要因素。DD10合金在1050~1100℃保温热处理后依据晶界取向差（0~30°范围内）呈现3种典型的晶界形貌：γ+γ’类基体型（0~5°），TCP+γ’条带型（10~20°）和γ+γ’+TCP三相胞状晶团型（20~30°），从而确定了该合金DP转变的晶界取向差敏感区间并分析了不同晶界缺陷的形成机理；本研究还发现DD10合金DP转变具有各向异性，表现在胞状晶团的胞界向背离(010)面的晶粒内侧迁移；胞状晶团的平均厚度与保温时间的平方根呈现线性关系，进而说明了DP转变为扩散控制的固态转变。上述研究成果为制订含有小角度晶界的单晶叶片的出厂检验标准提供评价依据，也对未来单晶组合式叶片连接界面的稳定性提供物理冶金依据；同时，也可对高组织稳定性合金的研发具有指导意义。.在项目执行过程中，本项目负责人作为会议主席组织高温合金领域的国内和国际学术会议各一次（2011中国材料研讨会L分会和IUMRS-ICAM 2013-B5分会）。已申请一项国家发明专利 (申请号：201310718439.3)，发表论文1篇，已接收论文1篇，已撰写2篇论文准备送投，还有3篇论文正在准备中。有两名博士生参加本课题的相关研究工作，并都参加了两次学术会议。