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1000℃的高温和原子分辨率下镍基高温合金的蒸发和重构

发布日期: 2020-09-28
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    镍基单晶高温合金是一种被广泛用于航空发动机的涡轮叶片的高温材料。然而,对于他们的结构特征,过去对这种合金的认识大部分都是在电子显微镜中室温条件下获得。近期,我国学者通过球差校正透射电子显微镜成像技术和DENSsolutions品牌的Wildfire原位样品环境控制系统,在1000℃的高温下来研究镍基高温合金的微观结构。这是首次次在高温环境和原子分辨率下,同时观察到合金元素的蒸发和重构。

    这项研究联合了中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室和北京航空材料研究院/先进高温结构材料国家重点实验室共同进行,参与的学者包括葛炳辉研究员、谷林研究员、张庆华博士、常云杰、骆宇时高级工程师。

    如下为1000℃的高温和原子分辨率下该研究所观察到的镍基高温合金的蒸发和重构。高温高真空下原子的蒸发机制就像滤波器将与镍成键较弱的轻原子蒸发掉,而保留强成键的重原子,使得、等面暴露出来,从而在此国产单晶高温合金中清晰的观察到常温下不明显的某些方向上的重原子短程有序。此项研究成果于2017年1月发表于Scripta Materialia杂志的Volume 126。以下为研究中观察到的重要图像。

 

Fig. 2. HAADF images of superalloys at 1000 °C. In (a) and (b) the disordered phases are indicated by white arrows, and the enlarged area denoted by a rectangle in (a) is inset top right.

(a) and (b) HAADF images of the γʹ phase at the room temperature and 1000 °C, respectively. (c) Enlarged image with the projected model of Ni3Al inset on the right, and red disks denote Al sites and white disks Ni sites. (d) HAADF image of the γ/γʹ interface indicated by a white dashed line. Vacancies are denoted by white arrows.

(a) HAADF image of clusters at the temperature of 1000 °C and the area indicated by an ellipse are shown in (b). (c) EDS mapping of clusters.

    镍基高温合金不为公众所熟知,其实这种物质对我国的国防和科技发展有着重要作用,被广泛的应用在航空发动机、航天器及火箭发动机、舰艇及工业燃气机轮、核反应堆、超高速交通运输工具、石油化工上。

 

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