金屬間化合物

1、1、什么是金屬間化合物，性能特征？答：金屬間化合物：金屬與金屬或金屬與類金屬之間所形成的化合物。由兩個或多個的金屬組元按比例組成的具有不同于其組成元素的長程有序晶體結構和金屬 基本特性的化合物。金屬間化合物的性能特點：力學性能：高硬度、高熔點、高的抗蠕變性能、低塑性等；良好 的抗氧化性；特殊的物理化學性質：具有電學、磁學、聲學性質等，可用于半導體材料、形 狀記憶材料、儲氫材料、磁性材料等等。2、含有金屬間化合物的二元相圖類型及各自特點？答：熔解式金屬間化合物相：在相圖上有明顯的熔化溫度，并生成成分相同的液相。通常具有共晶反應或包晶反應?；衔锏娜埸c往往高于純組元。分解式金屬間化合物相：在相圖上

2、沒有明顯的熔解溫度，當溫度達到分解溫度時發(fā)生分解反應，即3 L+ a。常見的是由包晶反應先生成的?；衔锏娜埸c沒有出現(xiàn)。固態(tài)生成金屬間化合物相：通過有序化轉變得到的有序相。經常發(fā)生在一定的成分區(qū)間和較 無序相低的溫度范圍。通過固態(tài)相變而形成的金屬間化合物相， 可以有包析和共析兩種不同 的固態(tài)相變。3、金屬間化合物的溶解度規(guī)律特點？答：（1）由于金屬間化合物的組元是有序分布的， 組成元素各自組成自己的亞點陣。固溶元 素可以只取代某一個組成元素 ，占據(jù)該元素的亞點陣位置，也可以分布在不同亞點陣之間， 這導致溶解度的有限性。（2）金屬間化合物固溶合金元素時有可能產生不同的缺陷，稱為組成缺陷（空位或反

3、位原 子）。但M元素取代化合物中 A或B時，A和B兩個亞點陣中的原子數(shù)產生不匹配，就會產 生組成空位或組成反位原子（即占領別的亞點陣位置）。（3 ）金屬間化合物的結合鍵性及晶體結構不同于其組元，影響溶解度，多為有限溶解，甚 至不溶。表現(xiàn)為線性化合物。（4 ）當?shù)谌M元在金屬間化合物中溶解度較大時，第三組元不僅可能無序取代組成元素，隨機分布在亞點陣內， 而且第三組元可以從無序分布逐步向有序化變化，甚至生成三元化合物。4、金屬間化合物的結構類型及分類方法？（未完）答：第一種分類方法：按照晶體結構分類（幾何密排相（GCP相）和拓撲密排相（TCP相）。 第二種分類方法：按照結合鍵的特點分類：a結合鍵性

4、和其金屬組成元素相似，主要是金屬鍵。b結合鍵是金屬鍵含有部分定向共價鍵。c具有強的離子鍵結合。d具有強的共價鍵結合。第三種分類方法：按照影響其結構穩(wěn)定性的主要因素分類（類型：價電子化合物、電子化合物（電子相）、尺寸因素化合物）第四種分類方法：按照化學元素原子配比的特點分類。5、什么是長程有序和短程有序度，舉例說明長程有序度隨溫度變化規(guī)律？ 答：長程有序度 廳定義為：Paa為a原子占據(jù)a亞點陣的幾率（a =A或B）,Ca 0為a原子的當量成分。短程有序度 s 是指某一種原子周圍最近全部異類原子對的數(shù)目NAB：s =（2NAB- N*）/ N* N* 為近鄰總的原子對數(shù)。長程有序度隨溫度升高的變化

5、： 第一類：隨溫度升高，長程有序度連續(xù)減小到Tc 溫度時為 0。如 CuZn第二類：隨溫度上升，長程有序度有少量連續(xù)的降低，但直到 Tc 溫度長程有序度才突然降 到 0， Tc 為無序有序轉變溫度。如 Cu3Au 但高于 Tc 仍有短程序存在。6、金屬間化合物的基本結構特點？答： 1、無序態(tài)、有序態(tài)和液態(tài) 2、有序無序轉變 3、金屬鍵與共價鍵的雙重性 4、結構復雜 性 5、超點陣位錯 6 當金屬間化合物中添加第三組元（合金化）時，第三組元會占據(jù)晶胞一 定的點陣位置。 7、合金化誘導晶體結構變化 8、形變誘導結構變化：有序金屬間化合物在 形變過程中可能發(fā)生相結構變化 9 有序金屬間化合物的晶界結

6、構與無序相的晶界結構不同， 許多金屬間化合物表現(xiàn)出嚴重的晶界脆性，優(yōu)先發(fā)生沿晶斷裂。7、微量 B 在 Ni3Al 中的作用機理？ 答：微量硼的加入可以最有效地提高 Ni3Al （ 25%Al） 在空氣中的室溫拉伸延伸率。 實驗證明硼偏聚在 Ni3Al 晶界上使含硼 Ni3Al 韌化（偏析量受 Al 含量影響）。 B 和 Ni 共偏析造成晶界成分性無序區(qū)；晶界區(qū)有一層沿晶界的繩狀特征 無序區(qū)；無序區(qū)的尺度很?。?0nm內）；影響晶界裂紋尖端發(fā)射位錯的能力和位錯運動穿過境界的能力， 從而韌化晶界。硼可以抑制 Ni3Al 的環(huán)境敏感脆化。8、金屬間化合物（ Al 化物）熔煉特點及熔煉鑄造方法？ 熔煉

7、金屬間化合物具有自身特點 （特別是鋁化物） ：（ 1）合金元素溶解過程反應熱高 （反應 放熱） ； （2）對間隙元素敏感性高； （3）合金元素含量高（例如鋁化物中的鋁）；（ 4）合金中各元素物性差別大（例如各元素熔點） ；（ 5）性能對組織敏感性高等。 主要熔煉方法：感應熔煉，真空電弧熔煉，電渣重熔，等離子電弧熔煉，感應凝殼熔煉，電 子束熔煉等。主要鑄造工藝：砂型鑄造、熔模鑄造、近凈成形鑄造、定向凝固以及單晶制備技術，噴射鑄 造（ 噴射沉積 ） ，低壓鑄造等。9、 金屬間化合物能否采用變形加工基本判據(jù)？在預期的熱加工溫度和大約 10-1/s 的工業(yè)應變速率下，鑄態(tài)組織的塑性要等于或高于30%；

8、在所采用的熱加工溫度或變形速率下，合金的流變應力應相當于室溫流變應力的 1/5 到 1/10；在一個寬的溫度范圍內維持高塑性； 在熱加工條件下，不形成低熔點的液體；無環(huán)境影響；良好的中溫塑性（大于等于10%）以避免在熱加工后的冷卻過程中產生斷裂等。10、金屬間化合物的強度特點？ 歸納來說，屈服強度與溫度關系可分為三類： A 類金屬間 化合物的屈服強度隨溫度升高而提高 （如單晶 TiAl 、Ni3Al） ； B 類的屈服強度隨溫度升高無 明顯下降，但在低溫區(qū)卻隨溫度降低有明顯硬化 （如單晶 NiAl） ； C 類金屬間化合物的屈服 強度隨溫度升高而降低。金屬間化合物力學性能的一個顯著特點，是屈服

9、強度反常溫度關系，即R 現(xiàn)象。很高的高溫強度。11、本征脆性影響因素？ 本征脆性是指由金屬間化合物的結構和位錯運動特征帶來的固有的 脆性。影響：電子結構特征；位錯運動特征；晶體結構特征；晶界本征脆性及晶界附近區(qū)變 形特征；應力狀態(tài)特征和材料的缺口敏感特征；氣體雜質原子、間隙原子和點缺陷特征。12、產生環(huán)境脆性原因，及低溫環(huán)境敏感氫脆性的特點？ 通常金屬間化合物的環(huán)境脆性是指一種水汽環(huán)境誘導的室溫脆性。 尤其當材料中含有一種活 性組員，例如，鋁化物中的鋁，硅化物中的硅，都是活性組員。它們在室溫下就會與空氣中 的水汽發(fā)生表面反應，產生活性原子氫，深入材料表面，使之發(fā)生氫脆。低溫環(huán)境敏感氫脆一般有如

10、下特點： 室溫塑性與應變速度有關， 在高應變速度下一般強于低 應變速度；氫脆現(xiàn)象常在低溫發(fā)生； 氫脆現(xiàn)象是可逆的； 屈服強度與變形速度無關；易發(fā)生 延晶斷裂。13、改善金屬間化合物的脆性方法？控制化學計量比，微合金化、合金化；提高晶體對稱性（通過晶格參數(shù)改變、晶體結構轉變）； 顯微組織控制；添加第三元素改變晶界結構，消除晶界脆性因素；消除成分偏析：高純度的合金，塑性較高；細化晶粒：細化元素、快速凝固、機械合金化、納米晶；熱加工技術； 復合增韌技術；消除環(huán)境脆化：保護膜（氧化膜）防止空氣或水分子進入。例如：合金化改 變表層的氧化膜或通過熱處理形成致密的氧化膜。14、相圖中出現(xiàn)的三種類型金屬間化合

11、物？i第一種為常見的有序合金，它們左其化學式規(guī)定成分的兩側有 一個成分范圍在低于熔點的某一溫度以上，該合金組成原子的有序 排列消失.而呈無序混亂排列，這稱為有序-無序相變.這類金屬間化 合物稱為Kumakov型.屬于該類型的金屬間化合物有CuAu Cu3AuH第二種在其化學式規(guī)定成分的兩側也有一個允許成分范圍，但 是在熔點以下或是相圖上的反應分解以前，其原子有序排列都是穩(wěn)定 的。這類金屬間化合物稱為Berthollide型.Ni3Al金屬間化合物就 屬于該種關型 NisAl在其包晶反應分解以前都是穩(wěn)定的iii第三種在其化學式規(guī)定成分的兩側不再有允許成分范圍，而是 嚴格地按化學計量配比中這類金屬

12、間化合物稱為Daltanide型。15、改善鐵的鋁化物的任性途徑？對于FeAl和Fe3AI脆性原因的認識使人們找到了設計韌性鐵-鋁合金的新方向：添加鉻合金元素和/或在空氣中預氧化在表面形成具有保護作用的氧化膜；通過熱機械處理細化晶粒；通過添加Zr、B和C形成如鋯的硼化物等的第二相粒子細化晶粒；添加微量硼提高晶界的 結合強度；合金化（如添加硼）降低氫的溶解度和擴散速率。16、 鐵鋁系金屬間化合物的發(fā)展趨勢？Fe-A I金屬間化合物在實用化方面要取得更大的發(fā) 展，尚需在以下幾個方面進行研究 ：通過微合金化來提高 Fe-A I金屬間化合物的塑性和韌性及高溫綜合性能。通過鑄造獲取其他加工方法不能獲得的

13、所需形狀。通過熱形變處理，既可獲得所需要的形狀，又細化晶粒，提高材料塑性，改善材料的強韌 性。利用Fe-A I金屬間化合物的半陶瓷性能，設計新型的復合材料。解決材料的加工硬化問題，通過材料的冷加工，獲得材料的精確形狀。開發(fā)Fe-A I合金的粉體制備工藝，研究Fe-A I的噴涂技術，充分利用該材料良好的耐腐 蝕性。17、 Ni3AI的中溫脆性改善方法？ 在空氣中測試，中溫（500600C附近）拉伸延伸率大幅 度下降，產生所謂中溫脆性現(xiàn)象。加入質量分數(shù)為 8%的鉻元素可以有效地減輕其中溫脆性；通過定向凝固獲得柱狀晶也有效地抑制其中溫脆性。18、改善 NiAl 合金室溫塑性方法？ 合金化是改善 ni

14、al 合金室溫塑性最為常用的手段之一， 適量的Fe、Mo和Ga能提高nial合金的室溫塑性；宏合金化也被用來改善室溫塑韌性，其 思想是引入塑性第二相并通過塑性相變形來增加 nial 材料的塑韌性； 改善多晶 nial 合金的 室溫塑性另一條途徑是細化晶粒。19、tial 系金屬間化合物優(yōu)缺點及改善室溫塑性方法？ 丫 -TiA1基合金具有許多突出特點，例如：密度低；具有高的比強度和比彈性模量；在高溫 時仍可以保持足夠高的強度和剛度； TiAl 合金具有很好的阻燃性能和抗氧化性能；具有良 好的抗蠕變及抗氧化能力等等。缺點：成形性差；難以加工成結構部件；對于1000 C以上使用的高溫部件具有相對較低

15、的高溫強度；拉伸強度、塑性與斷裂/蠕變抗力具有反常關系；800C以上的抗氧化性能不足。室溫塑性低；通過組織控制來改善 TiAl 基合金的室溫塑性的途徑有 :(1) 控制合金成分，使 Al含量在46at%-49at%范圍內，引入少量a 2-Ti3AI相，形成雙相 TiAl 合金組織。(2) 細化合金的晶粒尺寸，獲得亞微米級或者納米級的晶粒，從而獲得較好的室溫塑性；(3) 控制等軸丫相、a 2相及層片組織的含量。4)改進合金的成形方法：通過熱機械處理(如等溫鍛造、熱擠壓等方法)和隨后的熱處理控制材料的最終顯微組織； 采用定向凝固技術、 微組織。( 5)提高合金純度、減少有害相的存在。 小丫相的單胞體積或軸比。(7)降低環(huán)境脆性。在 TiA1 基合金基體中加入塑性粒子或塑性纖維， 提高室溫塑性。20、tial 合金微合金化及合金化元素的作用？快速凝固技術以及 HIP 技術改善合金的顯(6)通過添加V、Cr、Mn等合金元素，減 8)在基體中加入塑性粒子或塑性纖維。 發(fā)展以 TiA1 合金為基的復合材料， 以此來(1) V、Mn Cr、Mo B Sn Ni、Y,這類合金元素可以提高合金的塑性。(2) Nb Cr、W M