金属间化合物材料的热处理

HEATS

　　金属间化合物主要是指金属元素间、金属元素与类金属形成的化合物，各元素间既有化学计量的组分，但其成分又可在一定范围内变化而形成以化合物为基的固溶体。金属间化合物以其介于金属和陶瓷间的优异性能，而成为新型结构材料的重要分支，并获得广泛的应用。

　　1.热处理方式

9 u, W$ N' o+ T- }. q! T; _

　　热处理的目的在于获得某种有序结构，以改善其塑性和韧性。主要有如下几种处理方式。

& c5 c# x( V: s& L$ }' q; e! b# m9 N8 I

　　(1)高温均匀化退火铸态下的金属间化合物一般存在着成分偏析和铸造应力，高温均匀化退火就是要消除铸造应力并使合金元素进一步扩散均匀，为下一步处理奠定良好的基础，该种处理一般在1000℃以上要持续十几个小时。

% q4 b* p$ E% i8 V4 S

　　(2)油淬为了增加金属间化合物的室温韧性，常常将其加热到晶形转变或相变温度，然后放入油中进行淬火处理，如对Fe-Al金属间化合物的典型处理工艺为：加热至1000℃，保温5h，然后置入700℃油中冷却详见参考文献。

6 W% T, E: r% Z1 [: X5 c ! y; d. a0 U9 m" g

　　(3)形变热处理这是目前为增加金属间化合物韧性而进行的最有效的处理方式，主要是通过锻造、轧制、挤压等热形变处理，使其组织结构发生有利于增加韧性的方向转变，典型工艺见文献。

! _) U8 X. q1 Y ; ?8 B) |" [0 G& p7 {& \

　　金属间化合物的室温脆性问题一直是困扰这类材料应用的一个问题。同一成分的合金，由于加工方法不同及工艺参数的改变，最终的显微组织和力学性能可能相差甚远，在金属间化合物的制备中广泛采用了热机械处理工艺，采用这种方法能够得到一般加工处理所达不到的高强度与高塑性良好配合的产品。

2 P0 g4 C+ A2 X+ K* m# T ) j) @4 r" S$ o( T/ U& a6 x

　　2.发展及应用前景

4 j' {1 e* A& B- u

　　在金属材料中，金属间化合物一直用作金属基体的强化相。人们通过改变金属间化合物的种类、分布、析出状态以及相对含量等来达到控制基体材料性能的目的。由于具有许多独特的性能，金属间化合物本身作为一类新型材料正得到日益广泛的研究和开发。金属间化合物由于具有耐高温、抗腐蚀的性能，成为航空、航天、交通运输、化工、机械等许多工业部门重要结构材料；由于其具有声、光、电、磁等特殊物理性能，可作为半导体、磁性、储氢、超导等方面功能材料。特别是用作高温结构材料的有序金属间化合物，具有许多良好的力学性能和抗氧化、耐腐蚀以及比强度高等特性，由于其原子的长程有序排列和原子间金属键和共价键的共存，使其有可能兼具金属的塑性和陶瓷的高温强度，因而极具应用前景。

" |* `* R7 Z- w

　　然而，金属间化合物的脆性妨碍了它的应用。直到80年代初，金属间化合物韧化研究取得两大突破性进展，一是日本材料科学研究所的和泉修等在脆性的多晶Ni3Al中加入了质量分数为0.02%～0.05%的B，使材料韧化，室温拉伸伸长率从近于0提高到40%～50%；二是美国橡树岭国家实验室发现了无塑性的六方D019结构的Co3V中，用Ni、Fe代管部分Co，可使其转变成面心立方的L12结构，脆性材料变成具有良好塑性的材料。这些进展使人们看到了金属间化合物高温结构材料的希望和前景，在世界范围内掀起一个研究热潮。

9 b# O+ y; `% a; P6 a5 e1 v$ W ) U8 m& U8 A# o; h

　　目前作为高温结构材料的有序金属间化合物，在国内外进行重点研究并取得重大进展的主要为Ni-Al、Ti-Al以及Fe-Al三个体系的A3B和AB型铝化物。