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(lèi)金屬之間所形成的化合物。由兩個(gè)或多個(gè)的金屬組元按比例組成的具有不同于其組成元素的長(zhǎng)程有序晶體結(jié)構(gòu)和金屬基本特性的化合物。金屬間化合物的性能特點(diǎn)：力學(xué)性能：高硬度、高熔點(diǎn)、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(xué)性質(zhì)：具有電學(xué)、磁學(xué)、聲學(xué)性質(zhì)等，可用于半導(dǎo)體材料、形 狀記憶材料、儲(chǔ)氫材料、磁性材料等等。2、含有金屬間化合物的二元相圖類(lèi)型及各自特點(diǎn)？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(yīng)或包晶反應(yīng)?；衔锏娜埸c(diǎn)往往高于純組元。分解式金屬間化合物相：在相圖上

2、沒(méi)有明顯的熔解溫度，當(dāng)溫度達(dá)到分解溫度時(shí)發(fā)生分解反應(yīng)，即6 V = > L+ a。常見(jiàn)的是由包晶反應(yīng)先生成的。化合物的熔點(diǎn)沒(méi)有出現(xiàn)。固態(tài)生成金屬間化合物相：通過(guò)有序化轉(zhuǎn)變得到的有序相。經(jīng)常發(fā)生在一定的成分區(qū)間和較無(wú)序相低的溫度范圍。通過(guò)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(diǎn)？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(diǎn)陣。固溶元素可以只取代某一個(gè)組成元素，占據(jù)該元素的亞點(diǎn)陣位置，也可以分布在不同亞點(diǎn)陣之間，這導(dǎo)致溶解度的有限性。（2）金屬間化合物固溶合金元素時(shí)有可能產(chǎn)生不同的缺陷，稱(chēng)為組成缺陷（空位

3、或反位原子）。但M元素取代化合物中 A或B時(shí)，A和B兩個(gè)亞點(diǎn)陣中的原子數(shù)產(chǎn)生不匹配，就會(huì) 產(chǎn)生組成空位或組成反位原子（即占領(lǐng)別的亞點(diǎn)陣位置）。（3）金屬間化合物的結(jié)合鍵性及晶體結(jié)構(gòu)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(xiàn)性化合物。（4）當(dāng)?shù)谌M元在金屬間化合物中溶解度較大時(shí)，第三組元不僅可能無(wú)序取代組成元素，隨機(jī)分布在亞點(diǎn)陣內(nèi)， 而且第三組元可以從無(wú)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(jié)構(gòu)類(lèi)型及分類(lèi)方法？（未完）答：第一種分類(lèi)方法：按照晶體結(jié)構(gòu)分類(lèi)（幾何密排相（GCP相）和拓?fù)涿芘畔啵═CP相）。 第二種分類(lèi)方法：按照結(jié)合鍵的特點(diǎn)分類(lèi)：a結(jié)合鍵性和

4、其金屬組成元素相似，主要是金屬鍵。b結(jié)合鍵是金屬鍵含有部分定向共價(jià)鍵。c具有強(qiáng)的離子鍵結(jié)合。d具有強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)合。第三種分類(lèi)方法：按照影響其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素分類(lèi)（類(lèi)型：價(jià)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(lèi)方法：按照化學(xué)元素原子配比的特點(diǎn)分類(lèi)。5、什么是長(zhǎng)程有序和短程有序度，舉例說(shuō)明長(zhǎng)程有序度隨溫度變化規(guī)律？答：長(zhǎng)程有序度b定義為：P a a為a原子占據(jù)a亞點(diǎn)陣的幾率（a =A或B） , C a 0為a原子的當(dāng)量成分。NAB :短程有序度s是指某一種原子周?chē)罱慨愵?lèi)原子對(duì)的數(shù)目s = （2NAB- N*） /N* N*為近鄰總的原子對(duì)數(shù)。長(zhǎng)程有序度隨溫度升高的變

5、化：第一類(lèi)：隨溫度升高，長(zhǎng)程有序度連續(xù)減小到Tc溫度時(shí)為0。如CuZn第二類(lèi)：隨溫度上升，長(zhǎng)程有序度有少量連續(xù)的降低，但直到Tc溫度長(zhǎng)程有序度才突然降到0, Tc為無(wú)序有序轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)？答：1、無(wú)序態(tài)、有序態(tài)和液態(tài) 2、有序無(wú)序轉(zhuǎn)變3、金屬鍵與共價(jià)鍵的雙重性4、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性5、超點(diǎn)陣位錯(cuò)6當(dāng)金屬間化合物中添加第三組元（合金化）時(shí)，第三組元會(huì)占據(jù)晶胞一 定的點(diǎn)陣位置。7、合金化誘導(dǎo)晶體結(jié)構(gòu)變化8、形變誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)變化：有序金屬間化合物在形變過(guò)程中可能發(fā)生相結(jié)構(gòu)變化9有序金屬間化合物的晶界結(jié)構(gòu)與無(wú)序相的晶界結(jié)構(gòu)不同，許多金屬間化合物表

6、現(xiàn)出嚴(yán)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(jī)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(shí)驗(yàn)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(wú)序區(qū)； 晶界區(qū)有一層沿晶界的繩狀特征 -無(wú)序區(qū)；無(wú)序區(qū) 的尺度很?。?0nm內(nèi)）；影響晶界裂紋尖端發(fā)射位錯(cuò)的能力和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)穿過(guò)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(diǎn)及熔煉鑄造方法？熔煉金屬間化合物具有自身特點(diǎn)（特別是鋁化物）：（1）合金元素溶解過(guò)程反應(yīng)熱高 （反應(yīng)放熱

7、）；（2）對(duì)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(diǎn)） ；（5）性能對(duì)組織敏感性高等。主要熔煉方法：感應(yīng)熔煉，真空電弧熔煉，電渣重熔，等離子電弧熔煉，感應(yīng)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(shù)，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(yù)期的熱加工溫度和大約10-1/s的工業(yè)應(yīng)變速率下，鑄態(tài)組織的塑性要等于或高于30%;在所采用的熱加工溫度或變形速率下，合金的流變應(yīng)力應(yīng)相當(dāng)于室溫流變應(yīng)力的1/5到1/10;在一個(gè)寬的溫度范圍內(nèi)維

8、持高塑性；在熱加工條件下，不形成低熔點(diǎn)的液體；無(wú)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(guò)程中產(chǎn)生斷裂等。10、 金屬間化合物的強(qiáng)度特點(diǎn)？歸納來(lái)說(shuō)，屈服強(qiáng)度與溫度關(guān)系可分為三類(lèi)：A類(lèi)金屬間化合物的屈服強(qiáng)度隨溫度升高而提高（如單晶TiAl、Ni3Al） ; B類(lèi)的屈服強(qiáng)度隨溫度升高無(wú)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(lèi)金屬間化合物的屈服強(qiáng)度隨溫度升高而降低。金屬間化合物力學(xué)性能的一個(gè)顯著特點(diǎn)，是屈服強(qiáng)度反常溫度關(guān)系，即R現(xiàn)象。很高的高溫強(qiáng)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(jié)構(gòu)和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)特征帶來(lái)的固有的 脆性。影響：

9、電子結(jié)構(gòu)特征；位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)特征；晶體結(jié)構(gòu)特征；晶界本征脆性及晶界附近區(qū)變 形特征；應(yīng)力狀態(tài)特征和材料的缺口敏感特征；氣體雜質(zhì)原子、間隙原子和點(diǎn)缺陷特征。12、產(chǎn)生環(huán)境脆性原因，及低溫環(huán)境敏感氫脆性的特點(diǎn)？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(dǎo)的室溫脆性。尤其當(dāng)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?cè)谑覝叵戮蜁?huì)與空氣中 的水汽發(fā)生表面反應(yīng)，產(chǎn)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下特點(diǎn)： 室溫塑性與應(yīng)變速度有關(guān)， 在高應(yīng)變速度下一般強(qiáng)于低 應(yīng)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(qiáng)度與變形速度無(wú)關(guān)；易發(fā)生 延

10、晶斷裂。13、改善金屬間化合物的脆性方法？控制化學(xué)計(jì)量比，微合金化、合金化；提高晶體對(duì)稱(chēng)性（通過(guò)晶格參數(shù)改變、晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變）； 顯微組織控制；添加第三元素改變晶界結(jié)構(gòu)，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(xì)化晶粒：細(xì)化元素、快速凝固、機(jī)械合金化、納米晶；熱加工技術(shù)； 復(fù)合增韌技術(shù)；消除環(huán)境脆化：保護(hù)膜（氧化膜）防止空氣或水分子進(jìn)入。例如：合金化改 變表層的氧化膜或通過(guò)熱處理形成致密的氧化膜。14、相圖中出現(xiàn)的三種類(lèi)型金屬間化合物？i第一種為常見(jiàn)的有序合金，它們?cè)谄浠瘜W(xué)式規(guī)定成分的兩側(cè)有 一個(gè)成分范圍。在低于熔點(diǎn)的某一溫度以上，該合金組成原子的有序 排列消失，而呈無(wú)序混亂排列

11、，這稱(chēng)為有序-無(wú)序相變，這類(lèi)金屬間化 合物稱(chēng)為Kumakov型e屬于該類(lèi)型的金屬間化合物有CuAu、Cu3Au等*廿第二種在其化學(xué)式規(guī)定成分的兩側(cè)也有一個(gè)允許成分范圍，但 是在懈點(diǎn)以下或是相圖上的反應(yīng)分解以前，其原子有序排列都是穩(wěn)定 的，這類(lèi)金屬間化合物稱(chēng)為Berthollide型。Ni3Al金屬間化合物就 屬于該種關(guān)型，N&A1在其包晶反應(yīng)分解以前都是穩(wěn)定的.iii第三種在其化學(xué)式規(guī)定成分的兩側(cè)不再有允許成分范圍，而是 嚴(yán)格地按化學(xué)計(jì)量配比這類(lèi)金屬間化合物稱(chēng)為Daltanide型.15、改善鐵的鋁化物的任性途徑？對(duì)于FeAl和Fe3Al脆性原因的認(rèn)識(shí)使人們找到了設(shè)計(jì)韌性鐵-鋁合金的新

12、方向：添加銘合金元素和/或在空氣中預(yù)氧化在表面形成具有保護(hù)作用的氧化膜；通過(guò)熱機(jī)械處理細(xì)化晶粒；通過(guò)添加Zr、B和C形成如錯(cuò)的硼化物等的第二相粒子細(xì)化晶粒；添加微量硼提高晶界的結(jié)合強(qiáng)度；合金化（如添加硼）降低氫的溶解度和擴(kuò)散速率。16、 鐵鋁系金屬間化合物的發(fā)展趨勢(shì)？Fe-A l金屬間化合物在實(shí)用化方面要取得更大的發(fā)展，尚需在以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究 ：通過(guò)微合金化來(lái)提高 Fe-A l金屬間化合物的塑性和韌性及高溫綜合性能。通過(guò)鑄造獲取其他加工方法不能獲得的所需形狀。通過(guò)熱形變處理，既可獲得所需要的形狀，又細(xì)化晶粒，提高材料塑性，改善材料的強(qiáng)韌性。利用Fe-A l金屬間化合物的半陶瓷性能，設(shè)計(jì)新型

13、的復(fù)合材料。解決材料的加工硬化問(wèn)題，通過(guò)材料的冷加工，獲得材料的精確形狀。開(kāi)發(fā)Fe-A l合金的粉體制備工藝，研究Fe-A l的噴涂技術(shù)，充分利用該材料良好的耐腐蝕 性。17、 Ni3Al的中溫脆性改善方法？ 在空氣中測(cè)試，中溫（500600 C附近）拉伸延伸率大幅度 下降，產(chǎn)生所謂中溫脆性現(xiàn)象。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 8%的銘元素可以有效地減輕其中溫脆性；通過(guò)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nial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(lái)改善室溫塑韌性，其 思想是引入塑性第二相并通過(guò)

14、塑性相變形來(lái)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(xì)化晶粒。19、tial系金屬間化合物優(yōu)缺點(diǎn)及改善室溫塑性方法？丫 -TiA1基合金具有許多突出特點(diǎn)，例如：密度低；具有高的比強(qiáng)度和比彈性模量；在高溫時(shí)仍可以保持足夠高的強(qiáng)度和岡Q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(diǎn)：成形性差；難以加工成結(jié)構(gòu)部件；對(duì)于1000 C以上使用的高溫部件具有相對(duì)較低的高溫強(qiáng)度；拉伸強(qiáng)度、塑性與斷裂/蠕變抗力具有反常關(guān)系；800 C以上的抗氧化性能不足。室溫塑性低；通過(guò)組織控制來(lái)改善 TiAl基合金的室溫塑性的途徑有：(1) 控制合金成分，

15、使 Al含量在46at%-49at%范圍內(nèi)，引入少量 a 2-Ti3Al相，形成雙相TiAl合金組織。(2) 細(xì)化合金的晶粒尺寸，獲得亞微米級(jí)或者納米級(jí)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(jìn)合金的成形方法：通過(guò)熱機(jī)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(shù)、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(shù)以及 HIP技術(shù)改善合金的顯(6)通過(guò)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(fù)合材料， 以此來(lái)(1) V、Mn Cr、Mo 8 Sn Ni、Y,這類(lèi)合金元素可以提高合金的塑