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、儲氫材料、磁性材料等等。2、含有金屬間化合物的二元相圖類型及各自特點(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)。化合物的熔點(diǎn)往往高于純組元。分解式金屬間化合物相：在相圖上

2、沒有明顯的熔解溫度，當(dāng)溫度達(dá)到分解溫度時(shí)發(fā)生分解反應(yīng)，即3 L+ a。常見的是由包晶反應(yīng)先生成的?；衔锏娜埸c(diǎn)沒有出現(xiàn)。固態(tài)生成金屬間化合物相：通過有序化轉(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 無序相低的溫度范圍。通過固態(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，稱為組成缺陷（空位或反

3、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)類型及分類方法？（未完）答：第一種分類方法：按照晶體結(jié)構(gòu)分類（幾何密排相（GCP相）和拓?fù)涿芘畔啵═CP相）。 第二種分類方法：按照結(jié)合鍵的特點(diǎn)分類：a結(jié)合鍵性

4、和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。第三種分類方法：按照影響其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素分類（類型：價(jià)電子化合物、電子化合物（電子相）、尺寸因素化合物）第四種分類方法：按照化學(xué)元素原子配比的特點(diǎn)分類。5、什么是長程有序和短程有序度，舉例說明長程有序度隨溫度變化規(guī)律？ 答：長程有序度 廳定義為：Paa為a原子占據(jù)a亞點(diǎn)陣的幾率（a =A或B）,Ca 0為a原子的當(dāng)量成分。短程有序度 s 是指某一種原子周圍最近全部異類原子對的數(shù)目NAB：s =（2NAB- N*）/ N* N* 為近鄰總的原子對數(shù)。長程有序度隨溫度升高的變化

5、： 第一類：隨溫度升高，長程有序度連續(xù)減小到Tc 溫度時(shí)為 0。如 CuZn第二類：隨溫度上升，長程有序度有少量連續(xù)的降低，但直到 Tc 溫度長程有序度才突然降 到 0， Tc 為無序有序轉(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、無序態(tài)、有序態(tài)和液態(tài) 2、有序無序轉(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)

6、構(gòu)與無序相的晶界結(jié)構(gòu)不同， 許多金屬間化合物表現(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序區(qū)；晶界區(qū)有一層沿晶界的繩狀特征 無序區(qū)；無序區(qū)的尺度很小（20nm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)動穿過境界的能力， 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

7、金屬間化合物具有自身特點(diǎn) （特別是鋁化物） ：（ 1）合金元素溶解過程反應(yīng)熱高 （反應(yīng) 放熱） ； （2）對間隙元素敏感性高； （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%；

8、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)維持高塑性； 在熱加工條件下，不形成低熔點(diǎn)的液體；無環(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)？ 歸納來說，屈服強(qiáng)度與溫度關(guān)系可分為三類： A 類金屬間 化合物的屈服強(qiáng)度隨溫度升高而提高 （如單晶 TiAl 、Ni3Al） ； B 類的屈服強(qiáng)度隨溫度升高無 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

9、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)動特征帶來的固有的 脆性。影響：電子結(jié)構(gòu)特征；位錯(cuò)運(yùn)動特征；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。它們在室溫下就會與空氣中 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

10、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)度與變形速度無關(guān)；易發(fā)生 延晶斷裂。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；提高晶體對稱性（通過晶格參數(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熱處理形成致密的氧化膜。14、相圖中出現(xiàn)的三種類型金屬間化合

11、物？i第一種為常見的有序合金，它們左其化學(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.而呈無序混亂排列，這稱為有序-無序相變.這類金屬間化 合物稱為Kumakov型.屬于該類型的金屬間化合物有CuAu Cu3AuH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 是在熔點(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。這類金屬間化合物稱為Berthollide型.Ni3Al金屬間化合物就 屬于該種關(guān)型 NisAl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)量配比中這類金屬

12、間化合物稱為Daltanide型。15、改善鐵的鋁化物的任性途徑？對于FeAl和Fe3AI脆性原因的認(rèn)識使人們找到了設(shè)計(jì)韌性鐵-鋁合金的新方向：添加鉻合金元素和/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；通過熱機(jī)械處理細(xì)化晶粒；通過添加Zr、B和C形成如鋯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？Fe-A I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 ：通過微合金化來提高 Fe-A I金屬間化合物的塑性和韌性及高溫綜合性能。通過鑄造獲取其他加工方法不能獲得的

13、所需形狀。通過熱形變處理，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 I金屬間化合物的半陶瓷性能，設(shè)計(jì)新型的復(fù)合材料。解決材料的加工硬化問題，通過材料的冷加工，獲得材料的精確形狀。開發(fā)Fe-A I合金的粉體制備工藝，研究Fe-A I的噴涂技術(shù)，充分利用該材料良好的耐腐 蝕性。17、 Ni3AI的中溫脆性改善方法？ 在空氣中測試，中溫（500600C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%的鉻元素可以有效地減輕其中溫脆性；通過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 ni

14、al 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；宏合金化也被用來改善室溫塑韌性，其 思想是引入塑性第二相并通過塑性相變形來增加 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)度和剛度； 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；對于1000 C以上使用的高溫部件具有相對較低

15、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；800C以上的抗氧化性能不足。室溫塑性低；通過組織控制來改善 TiAl 基合金的室溫塑性的途徑有 :(1) 控制合金成分，使 Al含量在46at%-49at%范圍內(nèi)，引入少量a 2-Ti3AI相，形成雙相 TiAl 合金組織。(2) 細(xì)化合金的晶粒尺寸，獲得亞微米級或者納米級的晶粒，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(1) V、Mn Cr、Mo B Sn Ni、Y,這類合金元素可以提高合金的塑性。(2) Nb Cr、W M