鎳基單晶高溫合金是一種被廣泛用于航空發(fā)動機(jī)的渦輪葉片的高溫材料。然而，對于他們的結(jié)構(gòu)特征，過去對這種合金的認(rèn)識大部分都是在電子顯微鏡中室溫條件下獲得。近期，我國學(xué)者通過球差校正透射電子顯微鏡成像技術(shù)和DENSsolutions品牌的Wildfire原位樣品環(huán)境控制系統(tǒng)，在1000℃的高溫下來研究鎳基高溫合金的微觀結(jié)構(gòu)。這是*次在高溫環(huán)境和原子分辨率下，同時觀察到合金元素的蒸發(fā)和重構(gòu)。

    這項研究聯(lián)合了中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室和北京航空材料研究院／先進(jìn)高溫結(jié)構(gòu)材料國家重點(diǎn)實驗室共同進(jìn)行，參與的學(xué)者包括葛炳輝研究員、谷林研究員、張慶華博士、常云杰、駱宇時高級工程師。

    如下為1000℃的高溫和原子分辨率下該研究所觀察到的鎳基高溫合金的蒸發(fā)和重構(gòu)。高溫高真空下原子的蒸發(fā)機(jī)制就像濾波器將與鎳成鍵較弱的輕原子蒸發(fā)掉，而保留強(qiáng)成鍵的重原子，使得{001}、{110}等面暴露出來，從而在此國產(chǎn)單晶高溫合金中清晰的觀察到常溫下不明顯的某些方向上的重原子短程有序。此項研究成果于2017年1月發(fā)表于Scripta Materialia雜志的Volume 126。以下為研究中觀察到的重要圖像。

Fig. 2. HAADF images of superalloys at 1000 °C. In (a) and (b) the disordered phases are indicated by white arrows, and the enlarged area denoted by a rectangle in (a) is inset top right.

(a) and (b) HAADF images of the γ? phase at the room temperature and 1000 °C, respectively. (c) Enlarged image with the projected model of Ni3Al inset on the right, and red disks denote Al sites and white disks Ni sites. (d) HAADF image of the γ/γ? interface indicated by a white dashed line. Vacancies are denoted by white arrows.

(a) HAADF image of clusters at the temperature of 1000 °C and the area indicated by an ellipse are shown in (b). (c) EDS mapping of clusters.

    鎳基高溫合金不為公眾所熟知，其實這種物質(zhì)對我國的國防和科技發(fā)展有著重要作用，被廣泛的應(yīng)用在航空發(fā)動機(jī)、航天器及火箭發(fā)動機(jī)、艦艇及工業(yè)燃?xì)鈾C(jī)輪、核反應(yīng)堆、超高速交通運(yùn)輸工具、石油化工上。

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