Nickellaluminid

Nickellaluminid hänvisar typiskt till den av de två mest använda föreningarna, Ni3Al _eller NiAl, men är i allmänhet vilken aluminid som helst från Ni-Al-systemet. Dessa legeringar används ofta på grund av deras korrosionsbeständighet, låga densitet och enkla produktion. Ni3Al _{superlegeringar} tillåter hög temperaturhållfasthet upp till 0,7-0,8 av dess smälttemperatur. Samtidigt uppvisar NiAl utmärkta egenskaper såsom låg densitet (lägre än Ni ₃ Al), god värmeledningsförmåga, oxidationsbeständighet och hög smälttemperatur. Dessa egenskaper gör den idealisk för speciella högtemperaturapplikationer som beläggningar på blad i gasturbiner och jetmotorer . Båda dessa legeringar har dock nackdelen att de är ganska spröda vid rumstemperatur medan Ni3Al _förblir spröda även vid höga temperaturer. Även om det har visats att Ni3Al _kan göras formbart när det tillverkas som en enkristall i motsats till polykristallin. En annan tillämpning demonstrerades 2005, när det mest nötningsbeständiga materialet enligt uppgift skapades genom att bädda in diamanter i en matris av nickelaluminid.

Ni3Al _{_} _

Huvudproblemet med polykristallina Ni ₃ Al-baserade legeringar är dess sprödhet i rumstemperatur och hög temperatur. Denna sprödhet tillskrivs i allmänhet oförmågan för dislokationer att röra sig i de högt ordnade gittren. Forskare arbetade hårt för att ta itu med denna sprödhet eftersom det kraftigt minskade de potentiella strukturella tillämpningarna som dessa Ni ₃ Al-baserade legeringar kunde användas för. Men 1990 visades det att införandet av små mängder bor drastiskt kan öka duktiliteten genom att undertrycka intergranulär fraktur. När detta väl var åtgärdat vändes fokus till att maximera legeringens strukturella egenskaper. Som nämnts får NiAl ₃ -baserade legeringar sin styrka från bildningen av y'-fällningar i y som stärker legeringarna genom fällningsförstärkning. I dessa NiAl3 _- baserade legeringar är volymandelen av y'-fällningarna så hög som 80%. På grund av denna höga volymfraktion har utvecklingen av dessa y'-fällningar under livscyklerna för dessa legeringar varit ett område av stort intresse. Ett av huvudproblemen är förgrovningen av dessa γ'-fällningar vid hög temperatur (800 °C till 1000 °C), vilket kraftigt minskar hållfastheten hos dessa legeringar. Denna förgrovning beror på balansen mellan gränsyta och elastisk energi i γ + γ'-fasen och är i allmänhet oundviklig under långa tidsperioder. Aktuell forskning har försökt ta itu med denna förgrovande fråga genom att introducera andra element. Element som Fe, Cr och Mo har visat sig skapa unika flerfaskonfigurationer som avsevärt kan öka NiAl ₃ -baserade legeringars krypmotstånd vid 1000 °C i 1000 timmar. Detta krypmotstånd tillskrivs bildningen av inhomogen fällning Cr _4.6 MoNi _2.1 som stiftar dislokationer och förhindrar ytterligare förgrovning av γ'-fasen. Denna tillsats av Fe och Cr ökar också drastiskt svetsbarheten hos den NiAl ₃ -baserade legeringen som fortfarande utgör ett betydande problem för industriell användning trots dess enkla och kostnadseffektiva produktion. I allmänhet fungerar Ni ₃ Al som en utmärkt förstärkande fällning i Ni-baserade legeringar, vilket gör dessa material idealiska för lastbärande applikationer med hög temperatur. Ytterligare forskning görs för att ta itu med fallgroparna i detta material genom att införliva andra element.

NiAl

NiAl lider trots sina fördelaktiga egenskaper i allmänhet av två faktorer: mycket hög sprödhet vid låga temperaturer (<330 °C) och snabb förlust av styrka vid temperaturer högre än 550 °C. Sprödheten tillskrivs både den höga energin hos antifasgränser såväl som hög atomordning längs korngränserna. I likhet med Ni ₃ Al-baserade legeringar hanteras dessa problem i allmänhet genom integrering av andra element. Försökta element kan delas in i tre grupper beroende på deras påverkan av mikrostruktur:

• Element som bildar ternära intermetalliska faser som Ti och Hf
• Pseudobinära eutektiska bildande element såsom Cr
• Grundämnen med hög löslighet i NiAl som Fe, Co och Cu

Några av de mer framgångsrika elementen har visat sig vara Fe, Co och Cr som drastiskt ökar duktiliteten vid rumstemperatur såväl som varmbearbetbarheten. Denna ökning beror på bildningen av y-fas som modifierar β-faskornen. Legering med Fe, Ga och Mo har också visat sig drastiskt förbättra duktiliteten vid rumstemperatur också. Senast har brytningsmetaller som Cr, W och Mo tillsatts och resulterat i inte bara ökningar av duktilitet i rumstemperatur utan även ökningar i hållfasthet och brottseghet vid höga temperaturer. Detta beror på bildandet av unika mikrostrukturer såsom den eutektiska legeringen Ni _45,5 Al ₉ Mo och α-Cr-inneslutningar som bidrar till fast lösningshärdning. Det har till och med visat sig att dessa komplexa legeringar (Ni ₄₂ Al ₅₁ Cr ₃ Mo ₄ ) har potential att tillverkas via additiv tillverkningsprocess såsom selektiv lasertillverkning , vilket avsevärt ökar de potentiella tillämpningarna för dessa legeringar.

IC-221M

En legering av Ni ₃ Al, känd som IC-221M, består av nickelaluminid i kombination med flera andra metaller inklusive krom , molybden , zirkonium och bor . Tillsats av bor ökar duktiliteten hos legeringen genom att positivt förändra korngränskemin och främja kornförfining. Hall -Petch- parametrarna för detta material var σ _o = 163 MPa och k _y = 8,2 MPaˑcm ^1/2 . Bor ökar hårdheten hos bulk Ni ₃ Al genom en liknande mekanism.

Denna legering är extremt stark för sin vikt, fem gånger starkare än vanligt SAE 304 rostfritt stål . Till skillnad från de flesta legeringar ökar IC-221M i styrka från rumstemperatur upp till 800 °C.

Legeringen är mycket motståndskraftig mot värme och korrosion , och finner användning i värmebehandlingsugnar och andra applikationer där dess längre livslängd och minskade korrosion ger den en fördel jämfört med rostfritt stål . Det har visat sig att mikrostrukturen hos denna legering inkluderar Ni ₅ Zr eutektisk fas och därför är lösningsbehandling effektiv för varmbearbetning utan sprickbildning.

Egenskaper

• Ni3Al har en kubisk kristallin struktur av L12 _. typen _- , med gitterparameter a = 355,9 pm
• Densitet = 7,16 g/cm ³
• Sträckgräns = 855 MPa
• Hårdhet = HRC 12
• Värmeledningsförmåga Ni3Al ₌ 28,85 (W/mK)
• Värmeledningsförmåga NiAl = 76 (W/mK)
• Smältpunkt Ni3Al ₌ 1668 K
• Smältpunkt NiAl = 1955 K
• Termisk expansionskoefficient = 12,5 (10 ⁻⁶ /K)
• Bindning = kovalent/metallisk
• Elektrisk resistivitet = 32,59 (10 ⁻⁸ Ωm)