EB-PVD制Ni/Ni3Al微叠层板的组织结构及性能研究

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本文用电子束物理气相沉积(EB-PVD)方法成功制备了厚度200μm250μm的Ni/Ni3Al微叠层板,并对其进行了组织形貌、力学性能研究及初步的相界模拟。由于采用EB-PVD工艺制备的微叠层板孔隙率较大,而结构材料的力学性能有对材料的宏微观结构缺陷非常敏感的特点,因此通过对制备态微叠层板进行差热分析,并结合现有试验条件,确定采用热轧、热等静压、热压方法对制得的两种微叠层板进行了热致密化处理。采用扫描电子显微分析(SEM)、电子探针分析(EPMA)、X射线衍射(XRD)方法分析了各种试样的成分、显微组织形貌特征、织构,并通过拉伸试验测量了室温和高温下材料的应力-应变曲线。试验结果分析表明,靶基距为500mm时制得的No.1微叠层板呈岛状生长模式,而靶基距为300mm时制得的No.2微叠层板的生长模式介于岛状生长模式和平面生长模式之间。EB-PVD的工艺过程对微叠层板的层合结构有重要影响。在靠近基板先沉积的层之间,扩散历程较长,使得层界面相互靠近,甚至消失。No.1微叠层板主要由Ni的固溶体组成,制备态不存在织构,σb的最大值为317MPa,δ最大值为48%;No.2微叠层板主要由Ni固溶体相和Ni3Al(γ’)相组成,且呈层状分布,制备态两相中均存在着(111)和(200)织构,σb的最大值为797.9MPa,δ最大值为66.9%。热轧制态No.1微叠层材料与其制备态相比,出现了(111)和(200)织构;室温下强度和延伸率均有所下降,高温下强度升高,延伸率下降。热轧制态No.2微叠层材料的Ni固溶体相中存在着很强烈的(220)织构。热等静压态No.1微叠层材料中出现了(220),(311),(222)织构,除800°C下的延伸率有所下降外,各个测试温度下的强度和延伸率均较制备态有所上升。热压态No.2微叠层材料与其制备态相比,强度和延伸率均有所下降。热等静压处理是最有效的热致密化工艺。与普通合金的拉伸曲线不同,No.2微叠层板应力-应变曲线对应于线性段的部分表现出了明显的非线性特征,与应变强化段一起构成一个拉长倾斜的‘S’形,随着温度的升高,曲线上还出现了锯齿形波动。应用Material Studio软件分析了Ni/Ni3Al在(001)、(110)共格相界上的衔接模式。按照能量的观点,得到了在(001)共格界面上最可能出现的1种衔接模式和在(110)共格界面上最可能出现的2种衔接模式;
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