【摘 要】
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NiAl金属间化合物具有高强度、高热导率,作为一种有潜力的高温结构材料,其存在室温塑性较低的应用难题。针对NiAl薄壁件制备成形,近年来提出了一种元素箔冶金法,采用Ni箔、Al箔为原料,在完全反应生成NiAl金属间化合物前,通过优化Ni/Al叠层材料的中间层状态,实现Ni/Al叠层材料的热成形。本文采用不同的真空热压工艺参数制备了具有不同中间层特征的Ni/Al叠层材料,优化了Ni/Al叠层材料接头
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NiAl金属间化合物具有高强度、高热导率,作为一种有潜力的高温结构材料,其存在室温塑性较低的应用难题。针对NiAl薄壁件制备成形,近年来提出了一种元素箔冶金法,采用Ni箔、Al箔为原料,在完全反应生成NiAl金属间化合物前,通过优化Ni/Al叠层材料的中间层状态,实现Ni/Al叠层材料的热成形。本文采用不同的真空热压工艺参数制备了具有不同中间层特征的Ni/Al叠层材料,优化了Ni/Al叠层材料接头的热压连接方法,观察分析了接头的显微组织并测试了其力学性能,结合断后形貌特征的研究,分析了各组元层的断裂行为及规律、揭示了叠层材料的断裂失效机制。由于叠层材料各组元层的微观组织受温度/压力/时间等参数的影响,通过对比600℃/15MPa条件下不同热压时长的Ni/Al叠层材料的微观组织和力学性能测试结果,优化了 Ni/Al叠层材料的真空热压工艺,确定了其热压总时长不超过4h。另外,建立了与两道次热压工艺时长相关的Ni层反应扩散消耗经验公式:Δx=1.7069 × 10-8 ×（t）1/1.3245 Ni2Al3层反应扩散增厚经验公式:Δx=1.5139 × 10-8 ×（t）1/1.3986设计了三种Ni/Al叠层材料的热压连接接头方式,并对三种不同连接方式进行了校核分析,确定了最优连接方式为双层15°斜对接。对Ni/Al叠层材料的热压连接接头进行了组织分析与高温力学性能测试,结果表明以下规律:不同批次的叠层材料接头试样两侧各层的对应性对连接接头的力学性能没有显著的影响。通过在500℃-550℃/0.001-0.01s-1变形条件下对试样高温拉伸力学性能的测试,确定了影响叠层材料塑性变形能力的主要因素为中间过渡层厚度。对Ni/Al叠层材料接头的断口形貌进行了详细观察分析,结果表明以下规律:裂纹由中间层中的NiAl3层萌生,中间层产生多重裂纹并在层间发生桥连、偏转等逐渐扩展形成主裂纹。在高温热变形时,层间裂纹传递造成的偏转路径较为复杂。研究了 Ni/Al叠层材料的断裂过程并揭示了其断裂失效机制,叠层材料中各组元层对塑性变形的影响主要体现在以下几个方面:（a）Ni层偏重于多重颈缩,Al层更偏重于协调变形;（b）中间过渡层裂纹产生后,层间应力重新分配;（c）界面中间层的特征,如界面形貌、中间层厚度等会影响叠层材料的变形能力。
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