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第1章　电子结构与成键特征1

1.1 成键特征2

1.1.1 计算方法2

1.1.2 成键特征分析2

1.2　微观参数H3

1.3　键密度4

1.3.1　键密度与硬度4

1.3.2　键密度与杨氏模量5

1.4　键组成确定5

1.5　化学计量比及合金元素对Ni-Al合金电子密度的影响8

1.5.1　试样制备8

1.5.3　实验结果与讨论9

1.5.2　实验方法9

1.6　结语13

参考文献13

第2章　晶体结构与缺陷15

2.1　晶体结构15

2.2　晶体缺陷16

2.2.1　点缺陷16

2.2.2　线缺陷19

2.2.3　面缺陷21

2.3　结语28

参考文献28

第3章　相图与相变30

3.1 Ni-Al二元相图30

3.2　马氏体相变31

3.3　等温相变35

3.4　共晶反应35

3.5　沉淀析出39

3.5.1 NiAl-Cr-Mo-Hf系39

3.5.2　NiAl-Fe系46

3.6　亚稳相分解49

3.6.1　β-NiAl亚稳相49

3.6.2　类非晶NiAl合金的无序—有序转变50

3.6.3　无序NiAl（Cr）合金的相分解53

3.6.4　过饱和固溶体分解55

3.7　结语56

参考文献56

第4章 NiAl的合金化58

4.1　NiAl合金化研究进展59

4.1.1　合金元素对NiAl基合金组织的影响59

4.1.2　合金化对室温塑性的影响61

4.1.3　合金化对室温韧性的影响63

4.1.4　合金化引起的相关缺陷64

4.1.5　合金化对固溶硬化率的影响65

4.1.6　合金化对蠕变强度的影响65

4.1.7　结语66

4.2　Ag对NiAl合金显微组织、力学性能和电学性能的影响66

4.2.1　实验材料和方法67

4.2.2　实验结果和分析67

4.3 稀土元素Y、Ce和Nd对共晶合金NiAl-28Cr-5.5Mo-0.5Hf组织和力学性能的影响73

4.2.3　结语73

4.3.1　实验方法74

4.3.2　稀土元素对NiAl-28Cr-5.5Mo-0.5Hf共晶合金组织和力学性能的影响75

4.3.3　稀土元素在NiAl基合金中的作用机理82

4.3.4　NiAl-28Cr-5.5Mo-0.5Hf（0.05Y、0.05Nd）合金高温流变行为86

4.3.5　结语89

4.4　P对NiAl合金组织和性能的影响90

4.4.1　实验方法90

4.4.2　结果和讨论91

4.4.3　结语95

4.4.4　P对NiAl超塑性变形的影响95

4.5　Hf对NiAl共晶合金组织结构和力学性能的影响95

4.5.1 Hf对NiAl-9Mo的影响96

4.5.2　Hf对NiAl-28Cr-6Mo合金组织和力学性能的影响104

4.6　Zr对铸造NiAl-Cr共晶合金组织和性能的影响114

4.6.1　实验方法114

4.6.2　合金的组织结构与力学性能115

4.6.3　结语120

4.7　其它元素的影响120

4.8　结语121

参考文献121

第5章　物理性能125

5.1 密度125

5.2　热性能126

5.2.1　生成热126

5.2.2　熔点127

5.2.3　热导率128

5.2.4　热膨胀系数129

5.2.5　比热容130

5.2.6　热扩散系数131

5.3　弹性性能131

5.3.1　杨氏模量132

5.3.2　切变模量G133

5.3.3　泊松比v134

5.4　磁性、电性和光学性能134

5.5　结语136

参考文献136

第6章　化学性能137

6.1　二元Ni-Al合金的氧化138

6.2　等原子比NiAl的氧化139

6.2.1　等原子比NiAl化合物的氧化动力学139

6.2.2　氧化膜的结构与形貌139

6.2.3　化学计量比的影响143

6.2.4　活性元素的影响143

6.2.5　合金元素的影响144

6.2.6　晶界氧化144

6.3　NiAl-Fe合金的短期（100h）氧化144

6.3.1　氧化动力学145

6.3.2　氧化膜的结构与形貌145

6.4.2　氧化动力学147

6.4.1　合金的相组成147

6.4.3　氧化产物147

6.4　NiAl-Fe合金的长期（500h）氧化147

6.3.3　结语147

6.4.4　分析与结语148

6.5　NiAl-TiC合金的氧化149

6.5.1　氧化动力学150

6.5.2　氧化膜的结构与形貌150

6.5.3　分析与结语152

6.6　NiAl-Cr-Zr合金的氧化152

6.6.1　氧化动力学152

6.6.2　表面氧化膜的结构和形貌154

6.6.3　分析与结语154

6.7.2　表面氧化膜的结构和形貌155

6.7.1　氧化动力学155

6.7　NiAl-Cr（Mo）-Hf合金的氧化155

6.7.3　分析与结语156

6.8　稀土元素对NiAl-28Cr-5.5Mo-0.5Hf共晶合金氧化性能的影响157

6.8.1　不同稀土含量合金的氧化动力学、氧化膜的结构与形貌157

6.8.2　稀土元素改善合金氧化性能机理的分析160

6.8.3　小结162

6.9　NiAl合金的熔盐热腐蚀162

6.10　NiAl-30Fe合金的热腐蚀164

6.10.1　腐蚀动力学164

6.10.2　热腐蚀产物的相组成165

6.10.3　热腐蚀产物的元素面分布166

6.10.4　结语167

6.11.2　热腐蚀产物的相组成168

6.11　NiAl-20Fe合金的热腐蚀168

6.11.1　热腐蚀动力学168

6.11.3　热腐蚀产物的形貌169

6.11.4　热腐蚀机理169

6.11.5　结语169

6.12　NiAl-20Fe的渗铝涂层170

6.12.1　热腐蚀动力学170

6.12.2　腐蚀产物171

6.12.3　热腐蚀机理171

6.12.4　结语172

6.13　NiAl-TiC的微晶NiAl涂层172

6.13.1　实验方法与微晶涂层172

6.13.3　循环氧化173

6.13.2　恒温氧化173

6.13.4　分析与结语174

6.13.5　结论175

6.14　NiAl微晶涂层对两种NiAl基共晶合金高温氧化性能的影响175

6.14.1　实验方法175

6.14.2　实验结果176

6.14.3　结果分析182

6.14.4　结论182

6.15　结语183

参考文献183

第7章　形变与断裂185

7.1　位错与滑移185

7.2.1　单晶体的应力-应变曲线187

7.2　应力-应变曲线187

7.2.2　NiAl-Cr（Mo）-TiC多晶合金的应力-应变曲线190

7.2.3　纳米复合材料的应力-应变曲线193

7.3　屈服行为195

7.3.1　单晶NiAl的屈服行为195

7.3.2　多晶NiAl的屈服行为198

7.3.3　多相NiAl合金的屈服行为200

7.4　塑性、韧性与断裂203

7.4.1 NiAl单晶的塑性、韧性与脆性断裂203

7.4.2　NiAl多晶的塑性、韧性与脆性断裂206

7.4.3　内生颗粒增强NiAl合金的韧性、断裂与韧化机理207

7.4.4　定向凝固NiAl-33.5Cr-0.5Zr合金的韧性和断裂行为209

7.4.5　多相NiAl合金的脆性与韧脆转变211

7.5　结语228

参考文献229

第8章　超塑性变形行为及其机理231

8.1　金属间化合物超塑性研究现状232

8.1.1　镍铝金属间化合物232

8.1.2　钛铝金属间化合物233

8.1.3　铁铝金属间化合物234

8.1.4　硅化物及其合金的超塑性234

8.1.5　其它金属间化合物的超塑性235

8.2　NiAl金属间化合物超塑性行为的分类235

8.3　铸造热挤压NiAl的超塑性及其变形机制235

8.3.1　试样制备和拉伸试验235

8.3.3　真应力-真应变行为236

8.3.2　拉伸延伸率236

8.3.4　应变速率敏感指数237

8.3.5　变形激活能237

8.3.6　显微组织演变238

8.3.7　位错结构和亚晶界238

8.3.8　超塑性变形机理239

8.3.9　结语240

8.4　铸造热挤压NiAl-25Cr合金的超塑性及其变形机制240

8.4.1　实验材料与方法240

8.4.2　合金的显微组织241

8.4.3　真应力-真应变曲线242

8.4.4　应变速率敏感指数242

8.4.5　超塑性变形后的宏观形貌242

8.4.6　延伸率与应变速率和温度的关系243

8.4.7　变形激活能244

8.4.8　超塑性变形机制245

8.4.9　超塑性变形与孔洞行为248

8.4.10　结语250

8.5　铸造热挤压NiAl-20Fe-Y、Ce合金的超塑性变形及机理250

8.5.1　实验材料与方法251

8.5.2　真应力-真应变曲线251

8.5.3　超塑性变形的断裂延伸率252

8.5.4　应变速率敏感指数253

8.5.5　超塑变形的表观激活能254

8.5.6　超塑性变形机理254

8.5.7　断裂方式258

8.5.8　结语259

8.6.2　超塑性变形的力学行为260

8.6.1　实验材料与方法260

8.6　铸造热挤压NiAl-30Fe-Y合金的超塑性变形及机理260

8.6.3　超塑性变形的组织特征及变形机理263

8.6.4　断裂方式265

8.6.5　结语266

8.7　铸造热挤压NiAl-9Mo共晶合金的超塑性行为及机理266

8.7.1　实验材料与方法267

8.7.2　断裂延伸率及最大流变应力267

8.7.3　延伸率与应变速率敏感指数m和变形激活能268

8.7.4　真应力-真应变曲线269

8.7.5　显微组织演变269

8.7.6　拉伸断口270

8.7.7　NiAl-9Mo合金的超塑性变形机制270

8.8.1　实验材料与方法276

8.7.8　结语276

8.8　铸造热挤压NiAl-P合金的超塑性行为276

8.8.2　真应力-真应变曲线277

8.8.3　合金变形的本构方程278

8.8.4　合金变形过程中的微观组织演变278

8.8.5　结语281

8.9　定向凝固NiAl-Fe-Nb合金的超塑性行为281

8.9.1　实验材料与方法281

8.9.2　合金的显微组织282

8.9.3　真应力-真应变曲线282

8.9.4　延伸率和应变速率敏感指数283

8.9.5　超塑性变形机制284

8.10.1　实验材料与方法285

8.9.6　结语285

8.10　定向凝固NiAl-Cr合金的超塑性变形及其机制285

8.10.2　合金的显微组织286

8.10.3　真应力-真应变曲线287

8.10.4　超塑性变形的拉伸延伸率287

8.10.5　超塑性变形的表观激活能和应变速率敏感指数288

8.10.6　超塑性变形的组织演化和机理289

8.10.7　结语293

8.11 定向凝固NiAl-Mo-Hf合金的超塑性变形及机制294

8.11.1　实验材料与方法294

8.11.2　超塑性变形的力学行为294

8.11.3　超塑性变形的显微组织及变形机理296

8.12　结语298

8.11.4　结语298

参考文献299

第9章　蠕变与疲劳302

9.1　蠕变现象与蠕变理论简介303

9.1.1　蠕变现象303

9.1.2　蠕变理论303

9.2　二元NiAl的蠕变行为与蠕变机制305

9.2.1　二元NiAl的蠕变特点305

9.2.2　NiAl的蠕变机制306

9.3　共晶合金NiAl-9Mo的蠕变行为307

9.3.1　实验材料与方法308

9.3.2　共晶合金NiAl-9Mo的蠕变行为308

9.3.3　共晶合金NiAl-9Mo蠕变机理的分析313

9.4　NiAl-Cr（Mo）-Hf共晶合金的高温拉伸蠕变319

9.4.1　实验材料与方法319

9.3.4　结语319

9.4.2　显微组织320

9.4.3　定向凝固NiAl-28Cr-5.8Mo-0.2Hf合金的高温蠕变320

9.4.4　定向凝固NiAl-Cr（Mo）-0.5Hf合金的高温蠕变326

9.4.5　NiAl-28Cr-5.5Mo-0.5Hf-0.02wt％P合金的蠕变性能329

9.4.6　定向凝固NiAl-28Cr-5Mo-1Hf合金的高温蠕变335

9.4.7　等轴晶NiAl-28Cr-5Mo-1Hf合金的蠕变性能338

9.5　NiAl-Cr（Zr）共晶合金的高温蠕变340

9.5.1　实验材料与方法340

9.5.2　显微组织340

9.5.4　蠕变机制341

9.5.3　蠕变曲线341

9.5.5　加速蠕变与蠕变断裂343

9.5.6　结语345

9.6　定向凝固NiAl-Fe（Nb）合金的蠕变行为345

9.6.1　蠕变曲线345

9.6.2　减速蠕变346

9.6.3　稳态蠕变机制347

9.6.4　加速蠕变与蠕变断裂350

9.6.5　结语352

9.7　改善NiAl合金蠕变强度的途径352

9.7.1　固溶强化与沉淀强化352

9.7.2　定向凝固、弥散强化与复合材料强化353

9.8.1　疲劳裂纹萌生及扩展机理354

9.8　疲劳行为的一般机理与描述354

9.8.2　疲劳寿命及裂纹扩展的描述356

9.9　NiAl及其合金的机械疲劳行为357

9.9.1　NiAl及其合金的疲劳损伤起源357

9.9.2　NiAl及其合金低周疲劳中的循环应力响应357

9.9.3　NiAl及其合金的高、低周疲劳寿命358

9.9.4　NiAl及其合金的疲劳裂纹扩展359

9.10　NiAl基复合材料的热疲劳行为362

参考文献365

第10章 NiAl单晶合金370

10.1 高Fe含量的NiAl单晶合金370

10.1.1　组织结构371

10.1.3　高温拉伸性能373

10.1.2　室温拉伸性能373

10.1.4　结语374

10.2　高温高强NiAl单晶合金374

10.2.1 高温高强NiAl单晶合金的性能特点375

10.2.2　高温高强NiAl单晶合金的组织375

10.2.3　高温高强NiAl单晶合金的蠕变性能与持久强度376

10.2.4　高温高强NiAl单晶的疲劳行为379

10.2.5　高温高强NiAl单晶合金的抗冲击性能380

10.2.6　高温高强NiAl单晶合金零件制备与应用381

10.2.7　结语382

参考文献382

第11章 内生颗粒增强NiAl基复合材料383

11.1.1　NiAl-TiC和NiAl-TiB2复合材料的微观组织结构384

11.1 内生颗粒增强NiAl基复合材料的组织结构384

11.1.2　NiAl/Cr（Mo）-TiC复合材料的微观组织结构389

11.1.3　NiAl-Al2O3-TiC复合材料的微观组织394

11.1.4　NiAl-Ni2AlTi-TiC复合材料的组织结构396

11.1.5　（NiAl-30Fe）-TiC复合材料的组织398

11.2　内生颗粒增强NiAl基复合材料的界面精细结构400

11.2.1　NiAl/TiB2界面400

11.2.2　NiAl/TiC界面404

11.3 内生颗粒增强NiAl基复合材料的力学性能及强韧化机制411

11.3.1　NiAl-TiC和NiAl-TiB2的力学性能411

11.3.2　NiAl/Cr（Mo）-TiC的力学性能418

11.3.3　NiAl-Al203-TiC的力学性能419

11.3.4　（NiAl-Ni2AlTi）-（0,20）vol.％TiC的力学性能420

11.3.5　NiAl-30Fe-（0,20）vol.％TiC的力学性能423

11.4　结语425

参考文献426

第12章 NiAl共晶合金429

12.1　等轴晶NiAl-Cr（Mo）-Hf共晶合金432

12.1.1　NiAl-28Cr-5.8Mo-0.2Hf432

12.1.2　NiAl-28Cr-5Mo-1Hf436

12.1.3　JJ-3合金的主要性能440

12.2　等轴晶NiAl-33.5Cr-0.5Zr共晶合金444

12.2.1　显微组织444

12.2.2　高温压缩性能447

12.2.3　高温拉伸蠕变行为449

12.2.4　结语449

12.3.1　NiAl-30Fe-Y450

12.3　NiAl-Fe-Y和NiAl-Fe-Nb共晶合金450

12.3.2　NiAl-27Fe-3Nb453

12.4　等轴晶NiAl-Mo-Nb共晶合金459

12.4.1　显微组织460

12.4.2　断裂韧性与裂纹扩展461

12.4.3　压缩性能461

12.5　柱状晶NiAl-Cr（Mo）-Hf共晶合金464

12.5.1　NiAl-28Cr-5.5Mo-0.5Hf465

12.5.2　NiAl-28Cr-5.8Mo-0.2Hf485

12.5.3　抽拉速率对定向凝固NiAl-Cr（Mo,Hf）合金组织及力学性能的影响489

参考文献494

第13章　纳米晶NiAl及其纳米复合材料496

13.1.1　纳米晶NiAl合金的机械合金化合成498

13.1　纳米晶NiAl的制备、力学性能和热稳定性498

13.1.2　纳米晶NiAl块体材料的制备499

13.1.3　纳米晶NiAl合金的压缩性能500

13.1.4　纳米晶NiAl的热稳定性502

13.2　纳米晶NiAl合金的制备和力学性能508

13.2.1 合金元素对NiAl合金机械合金化和终产物的影响508

13.2.2　纳米晶NiAl合金块体材料的制备519

13.2.3　NiAl合金纳米块体材料的组织与性能519

13.3　NiAl纳米复合材料529

13.3.1　NiAl-TiC复合材料529

13.3.2　NiAl-HfC复合材料534

13.3.3　NiAl-HfB2复合材料545

13.4.1　NiAl（Co）-TiC纳米复合材料的制备548

13.4　NiAl（Co）-TiC纳米复合材料548

13.4.2　NiAl（Co）-TiC纳米复合材料的力学性能550

13.4.3　NiAl（Co）-TiC纳米复合材料的应力-应变行为551

13.5　结语553

参考文献554

第14章 NiAl合金的制备557

14.1　燃烧合成法557

14.1.1　反应机制及影响燃烧合成的因素558

14.1.2　燃烧合成热力学和动力学558

14.1.3　几种燃烧合成法560

14.2.2　真空感应熔炼制备NiAl合金多晶材料587

14.2.3　定向凝固技术制备NiAl合金单晶587

14.2.1　非自耗真空电弧炉制备NiAl合金钮扣锭587

14.2　熔铸法587

14.2.4　定向凝固技术制备定向凝固NiAl合金591

14.3　机械合金化法595

14.3.1　机械合金化的工艺及合金化机理595

14.3.2　NiAl合金的机械合金化合成596

14.4　粉末冶金598

14.5　热压和热挤压法599

14.5.1　热压法599

14.5.2　热挤压法600

14.6　其它制备方法601

14.6.1　扩散结合法601

14.6.2　粉末注射成型法602

14.6.3　压铸法602

14.6.5　喷射雾化沉积法603

14.6.4　快速凝固技术603

14.6.6　微结构韧化法604

14.7　结语605

参考文献605

第15章 NiAl合金的应用609

15.1 作为高温结构材料用作先进航空发动机的关键零件609

15.1.1　用作先进航空发动机的涡轮导向叶片610

15.1.2　用作先进航空发动机的涡轮动叶片612

15.2　用作高温合金的抗氧化、腐蚀涂层617

15.3　其它方面的应用620

15.3.1　制作半导体元件连接薄膜620

15.3.2　用作电接触材料620

15.4　结语621

参考文献621

15.3.3　表面催化621

15.3.5　高温形状记忆合金621

15.3.4　核工业621

附录　作者历年发表的学术论文题录623

附录索引625

附录1 按出版物种类631

附录2 按作者顺序698

附录3 按所研究的材料700

附录4 按学科702

附录5 按发表时间704

附录6 初步检索统计707