镍基单晶高温合金中相界面的电子显微学与第一性原理研究

【摘要】镍基单晶高温合金具有优良的高温性能,是目前制造先进航空发动机和燃气轮机叶片的关键材料。随着镍基单晶高温合金的开发,通过添加大量的难熔元素来提高高温合金强度。然而,由于合金呈现很高的过饱和度,增大了拓扑密排相(TCP相)的析出倾向。TCP相的析出不仅消耗了大量的固溶强化元素,往往也作为裂纹的发源地和裂纹迅速扩展的通道,导致单晶高温合金的持久寿命降低,塑性和韧性明显恶化,严重地影响了合金的高温力学性能。第四代镍基单晶高温合金中加入了铂族元素Ru,能明显抑制TCP相的析出,进而提高单晶合金的高温蠕变性能,但其作用机制尚不清楚。有关Ru元素对镍基单晶高温合金中基体与TCP相界面结构及其合金元素赋存状态的研究还非常有限。本文采用电子显微学分析方法研究了镍基单晶高温合金蠕变断裂之后γ/γ’界面的精细结构以及合金元素的分布行为,并探讨了Ru元素对基体与TCP相界面结构及合金元素分布行为的影响规律。通过第一性原理方法研究了合金元素在γ/γ’界面、γ’相和基体/TCP界面的分配行为及择优占位倾向。(1)1100℃/137MPa蠕变实验研究表明：合金元素在γ/γ’界面两侧的分布趋势很明显：Co、Re和Cr元素容易富集在Y相中,而Ni、Al、Ta和W元素较容易向丫’相中偏析。在γ/γ’界面形成的扭结结构的尖端存在2-3nm的Re原子团簇。蠕变过程中,这种扭结结构的形成是由于γ/γ’界面附近的重金属原子团簇和界面位错芯部结构的交互作用。γ相和丫’相以共格的台阶形式相结合。在高温和外加应力的作用下,丫’相发生筏排化,γ/γ’相界面处形成了六角形和四边形的位错网。(2)1100℃/800h热暴露测试研究表明：在不含Ru元素合金1中,TCP相呈细长的针状,基体/TCP相界面结构呈不规律的高度不一的台阶状；在含Ru元素合金2中,TCP相呈短棒状,基体/TCP相界面结构呈规律的两个原子层高度的台阶状。Ru元素的添加,改变了合金中其他合金元素在基体和TCP相间的分布行为,减少了TCP相的析出数量,也改变了基体/TCP相界面的精细结构以及TCP相的形貌。(3)采用第一性原理方法研究了Ru元素在γ/γ’界面和γ’相中对其他合金元素分配行为的影响规律,揭示了Ru元素与Re元素之间的强化机制是由于Re原子和Ru原子间p-p轨道的杂化而产生较强的相互作用。(4)采用第一性原理方法研究了Re原子易于向TCP相偏聚的微观机制。由于Re原子在6相中特殊的键合特征以及6相独特的晶体结构,Re原子倾向于占据6相中非密排面上的W原子。
【作者】孙飞；
【导师】张建新；
【作者基本信息】山东大学，材料学，2014，博士
【关键词】高温合金；电子显微学；第一性原理；相界面结构；TCP相；

【参考文献】
[1]符黛玲.附子配伍用药规律的研究[D].北京中医药大学,临床中药学,2013,硕士.
[2]王利卿.数据挖掘分类技术在广告营销应用中的研究[J].中国传媒科技,2005,06:29-30.
[3]任书建.浅析弗雷格的“真”概念—从实在论的观点看[D].复旦大学,逻辑学,2012,硕士.
[4]王韶华.电催化剂的肤层修饰及锗上金属膜的化学沉积[D].复旦大学,物理化学,2012,硕士.
[5]李飞.中央吸尘设备安装工程质量控制问题研究[D].天津大学,工业工程,2013,硕士.
[6]杨洁琼.普通高中美术模块课程实施研究[D].西南大学,教育学原理,2014,硕士.
[7]刘海楠.关于“~かねる”和“~かねない”的语义学研究[D].吉林大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[8]于永堂,张继文,郑建国,刘争宏.时域反射法测定黄土含水量的标定试验研究[J].岩石力学与工程学报.
[9]李飒.恢复、演替、再生[D].西安建筑科技大学,风景园林,2013,硕士.
[10]冯彩丽.欠发达民族地区农村公共产品供给分析及模式选择[D].兰州大学,行政管理,2013,硕士.
[11]杨晓莉.高尔基体糖蛋白GP73在肝脏疾病中的意义及其生物学功能的研究[D].中国人民解放军军事医学科学院,遗传学,2014,博士.
[12]杜鹏.钢筋混凝土梁式桥的地震易损性分析[D].北京工业大学,结构工程,2004,硕士.
[13]颜博秋.苏州市中小学生突发公共卫生事件相关知识水平及影响因素研究[D].苏州大学,公共卫生（专业学位）,2014,硕士.
[14]阿莫勒祖拉（AmarzulTumur）.蒙古国高等教育服务贸易现状与对策[D].大连海事大学,国际贸易学,2013,硕士.
[15]宫琳.山东省国有企业绩效考核指标体系研究[D].山东财经大学,会计（专业学位）,2013,硕士.
[16]谢再平.不同掺料的免振捣砼配比及性能实验研究[D].辽宁工程技术大学,建筑与土木工程,2004,硕士.
[17]张鹏,孙振海,耿延玲,匡少平.RGO/BiVO_4复合光催化剂的EDTA辅助水热合成及表征[J].青岛科技大学学报(自然科学版),2015,01:33-37.
[18]黄胜潮.国际粮食价格波动及其对我国粮食供需平衡的影响研究[D].河北师范大学,世界经济,2013,硕士.
[19]赖玮.现代焦虑中的欲望叙述[D].上海外国语大学,中国现当代文学,2012,硕士.
[20]邓腾.切割废砂浆中有价资源的分离回收[D].天津大学,化学工程,2013,硕士.
[21]廖敏.长沙市城区小学生亲子沟通现状调查研究[D].湖南师范大学,教育（专业学位）,2014,硕士.
[22]曹庆涛.基于嵌入式组件技术的操作系统微内核技术研究[D].西北工业大学,计算机软件与理论,2004,硕士.
[23]海岭.对未成年犯人的管理研究[D].内蒙古师范大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[24]徐令妍.浙江公安通用比对平台设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[25]陈钢晴.柴油机高压共轨喷射系统的研究[D].江西农业大学,农业机械化,2012,硕士.
[26]余振东.阳光体育运动下的江西省普通高校独立学院定向运动选项课开展现状及对策研究[D].南昌大学,体育人文社会学,2012,硕士.
[27]孔翠.交通工程技术人员职业压力的研究及其应对策略[D].南京师范大学,应用心理学,2012,硕士.
[28]徐敏.建国初期泰州地区的土地改革研究[D].南京师范大学,中国近现代史,2012,硕士.
[29]王兆湖,刘财,王建民,徐仲达,高振山,韩志琛.叠后地震信号透射损失的补偿[J].石油地球物理勘探,2008,02:217-221+127-128+246.
[30]张建威.我国公务员社会养老保险法律问题研究[D].广东财经大学,法律（专业学位）,2014,硕士.
[31]刘登峰.黄酒发酵过程的建模与优化[D].江南大学,2014.
[32]李荣.太阳能无人飞机动力驱动器的研究[D].西北工业大学,电力电子与电力传动,2004,硕士.
[33]王智慧,乔琳,李明月.高职专业英语教学的实践与反思[J].中国校外教育.
[34]魏纲,裘慧杰,丁智,魏新江,邢建见.海底沉管隧道施工引起的沉降实测与计算分析[J].现代隧道技术,2014,05:121-128.
[35]刘桂君.华晨金杯汽车质量追溯管理信息系统开发方案研究[D].吉林大学,工业工程,2014,硕士.
[36]任海涛.胎儿皮肤免疫细胞表面标志和神经肽P物质的表达及意义[D].重庆医科大学,外科学,2004,硕士.
[37]高晓丽.传能光纤激光雕刻机图像处理技术的研究[D].燕山大学,电路与系统,2004,硕士.
[38]中国人民银行永州市中心支行课题组.建立新形势下的国库统计分析体系[J].金融电子化,2005,12:46-49.
[39]吕露.思维导图在农村高中生物教学中的应用研究[D].华中师范大学,学科教学,2013,硕士.
[40]庄英伟.LPG罐车公路运输风险评价方法及应用研究[D].首都经济贸易大学,安全技术与工程,2004,硕士.
[41]张雯.秋华柳（Salix variegata Franch.）的Cd富集特性及解毒机制研究[D].西南大学,生态学,2014,硕士.
[42]辛连发.利用地震反射模式研究马尼特拗陷西部地区生油条件[J].石油地球物理勘探,1985,05:496-501+544.
[43]徐一帆.人民币汇率的变动对我国贸易收支的影响[D].东北师范大学,金融学,2012,硕士.
[44]高明杰,惠东,高宗和,雷为民,李建林,王银明.国家风光储输示范工程介绍及其典型运行模式分析[J].电力系统自动化,2013,01:59-64.
[45]王冬尧,朱臻宇,柴逸峰.药物分析(国外期刊)[J].分析试验室,2015,01:111-124.
[46]袁野.我国商业银行住房抵押贷款业务的风险控制机制研究[D].厦门大学,法律,2014,硕士.
[47]孙俊超.辽宁省外资引进质量评价体系的构建与实证研究[D].沈阳工业大学,国际贸易学,2013,硕士.
[48]王培豪.耕地地力评价方法研究与合理性检验[D].河南农业大学,土地资源管理,2012,硕士.
[49]张林林.基于静力测量数据的梁式结构统计模型修正[D].武汉理工大学,结构工程,2013,硕士.
[50]郭瑞和.王官营石灰石矿爆破至粗碎成本优化研究[D].河北理工学院,2004.