iNiAl金屬間化合物材料的制備技術及其研究發展趨勢和應用現狀

江濤　陳陽　成銘　萬海榮　王園園　楊美麗

摘 要：NiAl金屬間化合物材料由于具有較高的力學性能，良好的耐磨損性能和抗高溫氧化性能而被廣泛應用在工程領域中。該文主要講述NiAl金屬間化合物材料的制備工藝和性能以及研究發展情況等。該文主要詳細的講述NiAl金屬間化合物材料的制備工藝，力學性能，抗高溫氧化性能和其他性能以及研究發展現狀等，并介紹NiAl金屬間化合物材料在工程領域中的研究和應用。并對NiAl金屬間化合物材料的研究發展趨勢和發展方向進行分析和預測。

關鍵詞：NiAl金屬間化合物 Ni-Al合金 制備工藝 研究發展現狀

中圖分類號：TG22 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（a）-0080-02

1 NiAl金屬間化合物材料的研究現狀和應用

Ni-Al金屬間化合物主要包括NiAl金屬間化合物材料。NiAl金屬間化合物材料由于具有較高的力學性能，良好的耐磨損性能和抗高溫氧化性能等而被廣泛應用在工程領域中。NiAl金屬間化合物具有金屬鍵和共價鍵共存的特點，所以NiAl金屬間化合物材料具有較高的力學性能，具有較高的熔點，具有較高的熱導率，具有良好的抗氧化性能以及耐腐蝕性能等優點[1-5]。NiAl金屬間化合物材料作為耐高溫抗氧化結構材料有望在高溫工程領域中得到廣泛應用[1-5]。由于NiAl金屬間化合物具有較高的性能而且制備成本較低，所以在實際應用中具有很大優勢。對NiAl金屬間化合物的性能進行廣泛的研究和應用。但是NiAl金屬間化合物材料還存在室溫脆性大和抗蠕變性能差等問題[1-5]。為此研究者對NiAl合金開展了廣泛的研究[1-5]。NiAl合金的熔點為1638℃，NiAl合金的密度為5.86g/cm3，NiAl合金的彈性模量為294GPa，NiAl合金的熱導率較高，NiAl合金的成分比例是Ni50：Al50[5-10]。NiAl金屬間化合物材料具有較高的抗高溫氧化性能和良好的耐高溫性能，但其NiAl合金在室溫條件下塑性較差，斷裂抗力較差以及高溫強度較低等[5-10]。NiAl金屬間化合物的使用溫度更高[5-10]。所以NiAl合金可以作為高溫結構材料應用于更高的溫度和環境中[5-10]。NiAl金屬間化合物由于具有較高的力學性能，較高的耐磨損性能，良好的抗高溫氧化性能而被廣泛應用在高溫工程領域中。NiAl金屬間化合物的組成是Ni元素與Al元素的摩爾比例為50∶50。本文主要詳細講述NiAl金屬間化合物材料的制備工藝，力學性能和其他性能以及研究發展現狀等，并介紹NiAl金屬間化合物材料在工程領域中的應用。并簡要介紹NiAl金屬間化合物基復合材料的研究現狀。并對NiAl金屬間化合物未來的研究發展趨勢進行分析和預測。

2 NiAl金屬間化合物材料的制備技術

NiAl金屬間化合物材料可以作為功能材料和結構材料[5-10]。NiAl金屬間化合物材料具有較高的力學性能和良好的抗高溫氧化性能[5-10]，NiAl金屬間化合物材料可以作為高溫結構材料和復合材料基體應用在工程領域中[5-10]。NiAl金屬間化合物材料的制備方法有很多種類，制備工藝方法將會影響NiAl金屬間化合物材料的性能。NiAl金屬間化合物材料的制備方法有機械合金化法、熱壓燒結法和熱等靜壓燒結法，燃燒合成法等。

2.1 機械合金化法

機械合金化是一種制備高溫合金粉末和金屬間化合物粉末的高能球磨工藝。機械合金化工藝是將不同種金屬粉末放入高能球磨機進行機械球磨，通過磨球，粉末和球磨罐之間的強烈相互碰撞，破碎和焊合作用，粉末顆粒發生碰撞粘結，變形斷裂和冷焊并被不斷細化，金屬粉末顆粒就會被粘結在一起形成層狀結構的顆粒，繼續球磨破碎形成粉末粒度較細的金屬合金粉末。從而使得金屬混合粉末實現合金化形成金屬合金粉末。采用機械合金化球磨工藝可以制備出NiAl金屬間化合物材料。利用機械合金化制備納米晶NiAl金屬間化合物，在機械合金化工藝后形成具有納米結構的NiAl金屬間化合物粉末。可以將Ni粉末和Al粉末按照摩爾比例為50∶50進行混合然后進行機械合金化工藝和熱處理工藝得到NiAl金屬間化合物粉末，并通過熱壓燒結工藝制備NiAl金屬間化合物塊材。

2.2 熱壓燒結法和熱等靜壓法

采用熱壓燒結和熱等靜壓可以制備致密的NiAl金屬間化合物塊材。熱壓燒結法和熱等靜壓法適用于燒結NiAl金屬間化合物材料。熱等靜壓處理還能提高NiAl合金的致密性[5-10]。采用機械球磨和熱壓燒結法合成NiAl金屬間化合物塊材，按照摩爾比例為50∶50球磨Ni粉末和Al粉末，機械球磨過程中通過反應合成NiAl金屬間化合物粉末，最后通過熱壓燒結工藝制備出NiAl合金塊體材料。也可以將機械合金化得到的NiAl合金粉末通過熱等靜壓燒結工藝制備致密的NiAl合金塊材。所以可以通過機械合金化工藝制備NiAl合金粉末，并通過熱壓燒結工藝制備NiAl合金塊材[5-10]。

2.3 燃燒合成法

燃燒合成法可以制備NiAl金屬間化合物材料。制備方法主要有自蔓延高溫合成，熱壓放熱反應合成法等。將Ni粉末和Al粉末通過自蔓延高溫合成工藝可以制備NiAl金屬間化合物粉末，并通過熱壓燒結工藝制備NiAl金屬間化合物塊材。通過熱壓放熱反應合成法可以制備顆粒增強的NiAl金屬間化合物基復合材料。

3 NiAl合金的改性研究

改善和提高NiAl金屬間化合物性能的主要方法是向NiAl基體中加入合金元素，并且在NiAl金屬間化合物材料中取得成功[5-10]。向NiAl合金中加入Ti，Cr，Nb，Si，Fe等形成高溫合金材料將提高NiAl合金的抗高溫氧化性能和耐高溫性能[5-10]。

4 NiAl金屬間化合物基復合材料的制備和性能

NiAl金屬間化合物材料由于具有較高的力學性能、較高的熔點、較低的密度、較高的導熱率、較高的彈性模量以及良好的抗腐蝕性能和抗氧化性能等[5-10]。因此NiAl合金在工業領域中有著廣泛的應用前景。制備NiAl金屬間化合物基復合材料是NiAl合金材料主要的研究發展方向。制備NiAl合金基復合材料可提高NiAl金屬間化合物材料的室溫斷裂韌性，室溫塑性以及高溫強度等性能。所以就需要制備NiAl金屬間化合物基復合材料，提高NiAl合金的高溫力學性能、抗蠕變性能、抗高溫氧化性能等[5-10]。

4.1 NiAl納米晶復合材料

采用納米顆粒增強和增韌NiAl合金制備NiAl基復合材料可以提高NiAl合金的力學性能、耐磨損性能、抗高溫氧化性能等。納米級顆粒在NiAl合金基體中起到增強和增韌的作用。通過納米顆粒的強化作用有助于增強NiAl合金材料的抗蠕變能力。制備納米顆粒增強和增韌的NiAl基復合材料成為提高NiAl合金性能主要方法。此外采用機械合金化工藝制備納米NiAl合金粉末，并通過熱壓燒結工藝或者放電等離子燒結工藝制備納米NiAl合金塊材。

4.2 NiAl金屬間化合物基復合材料的制備技術和性能

制備NiAl金屬間化合物基復合材料的制備方法是將金屬顆粒、陶瓷顆粒、晶須和短纖維加入到NiAl金屬間化合物基體中，從而制備顆粒增強，晶須增強或短纖維增強的NiAl基復合材料，制備NiAl基復合材料可以提高NiAl合金的室溫韌性和室溫塑性以及高溫強度[5-10]。并通過增強相的增強和增韌作用提高NiAl金屬間化合物基復合材料的強度和韌性[5-10]。通過TiB2、TiC顆粒的彌散強化使得NiAl金屬間化合物的強度和韌性得到較大提高。通過原位反應合成和熱壓燒結工藝制備TiB2，TiC顆粒增強NiAl基復合材料。還可以通過熱等靜壓燒結工藝制備顆粒增強NiAl基復合材料[5-10]。熱壓放熱合成工藝是將放熱反應合成與熱壓燒結工藝相結合，用熱壓放熱反應合成工藝制備TiC、TiB2、Al2O3顆粒增強NiAl基復合材料。現在已經制備出NiAl-TiC復合材料、NiAl-TiB2復合材料、NiAl/Cr（Mo）-TiC復合材料和NiAl-Al2O3-TiC復合材料等。還可以將晶須或者短纖維加入到NiAl合金基體中形成晶須增強和增韌的NiAl基復合材料。通過復合后得到的NiAl合金基復合材料的高溫強度得到顯著提高，韌性和塑性得到明顯改善[5-10]。有些研究者研究TiC顆粒增強NiAl（Co）復合材料的合成和力學性能。有些研究者研究NiAl/HfC復合材料的機械合金化和力學性能。有些研究者研究NiAl/TiB2復合材料的顯微結構和力學性能。

4.3 NiAl金屬間化合物基復合材料的研究發展趨勢和發展方向

NiAl金屬間化合物基復合材料主要包括：NiAl/Al2O3復合材料，NiAl/TiC復合材料，NiAl/ZrO2復合材料，NiAl/WC復合材料，NiAl/HfC復合材料，NiAl/TiB2復合材料，NiAl/HfB2復合材料，NiAl/AlN復合材料等。還可以將連續纖維與NiAl合金相復合制備連續纖維增強NiAl基復合材料，例如制備Al2O3纖維增強NiAl基復合材料，Mo纖維增強NiAl基復合材料。可以將短纖維或晶須加入到NiAl合金中制備晶須或短纖維增強NiAl基復合材料。還可以制備具有復合層狀結構的NiAl/Ni復合材料，NiAl/Al復合材料等。采用擴散粘結法可以制備連續纖維增強NiAl基復合材料。例如連續Mo纖維增強NiAl基復合材料，連續Al2O3纖維增強NiAl基復合材料。連續纖維增強NiAl金屬間化合物基復合材料具有較高的力學性能。

5 結語

NiAl金屬間化合物由于具有較高的力學性能，良好的耐磨損性能和抗高溫氧化性能等而被廣泛應用在工程領域中。該文主要講述NiAl金屬間化合物材料的制備工藝和性能以及研究發展情況等。該文主要講述NiAl金屬間化合物材料的制備工藝、力學性能和其他性能以及研究發展現狀等，并介紹NiAl金屬間化合物在工程領域的應用。NiAl金屬間化合物的未來研究發展趨勢是開發新型制備工藝制備具有高性能的NiAl金屬間化合物材料；將顆粒、晶須和短纖維、連續長纖維等引入到NiAl金屬間化合物基體中形成NiAl基復合材料；還可以通過機械合金化工藝制備納米級NiAl金屬間化合物粉末，并通過粉末冶金工藝制備出NiAl金屬間化合物納米塊材，可以顯著提高NiAl合金的力學性能。

參考文獻

[1] 夏東生，李博，李谷松.原位內生TiC顆粒增強NiAl（Co）基納米復合材料的合成及力學性能[J].金屬學報，1999， 35（S2）：452-454.

[2] 楊福寶，郭建亭，周繼揚.HfC顆粒增強NiAl基納米復合材料的機械合金化與力學性能[J].材料工程，2001（7）：7-10.

[3] 楊福寶，郭建亭，周繼揚.機械合金化合成NiAl/TiB2復合材料組織與力學性能[J].金屬學報，2001，37（5）：483-487.

[4] 劉震云，黃伯云，林棟梁.La對富Ni的NiAl系合金組織與性能的影響[J].材料工程，1999（3）：11-14.

[5] 李谷松，丁炳哲，苗衛方.用機械合金化方法制備Ni-Al系金屬間化合物[J].金屬學報，1994，30B（2）：91-94.

[6] 夏冬生，郭建亭，李博.NiAl（Co）系機械合金化的研究[J].金屬學報，1999，35（3）：320-325.

[7] 李博，夏冬生，王鐵力.Co元素對Ni-Al機械合金化影響的研究[J].東北大學學報，1999，20（2）：213-215.

[8] 王淑荷，郭建亭.制備工藝對NiAl-30Fe-Y合金組織與性能的影響[J].航空學報，1996，17（1）：77-84.

[9] 齊義輝，郭建亭，崔傳勇.熱等靜壓對NiAl-Cr（Zr）金屬間化合物合金顯微組織和性能的影響[J].材料工程，2001（7）：15-18.

[10] 肖旋，孫偉，劉成雁.納米晶NiAl的機械合金化合成及塊體材料力學性能[J].現代科學儀器，2003（3）：28-29.