iNiAl金属间化合物材料的制备技术及其研究发展趋势和应用现状

江涛　陈阳　成铭　万海荣　王园园　杨美丽

摘 要：NiAl金属间化合物材料由于具有较高的力学性能，良好的耐磨损性能和抗高温氧化性能而被广泛应用在工程领域中。该文主要讲述NiAl金属间化合物材料的制备工艺和性能以及研究发展情况等。该文主要详细的讲述NiAl金属间化合物材料的制备工艺，力学性能，抗高温氧化性能和其他性能以及研究发展现状等，并介绍NiAl金属间化合物材料在工程领域中的研究和应用。并对NiAl金属间化合物材料的研究发展趋势和发展方向进行分析和预测。

关键词：NiAl金属间化合物 Ni-Al合金 制备工艺 研究发展现状

中图分类号：TG22 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0080-02

1 NiAl金属间化合物材料的研究现状和应用

Ni-Al金属间化合物主要包括NiAl金属间化合物材料。NiAl金属间化合物材料由于具有较高的力学性能，良好的耐磨损性能和抗高温氧化性能等而被广泛应用在工程领域中。NiAl金属间化合物具有金属键和共价键共存的特点，所以NiAl金属间化合物材料具有较高的力学性能，具有较高的熔点，具有较高的热导率，具有良好的抗氧化性能以及耐腐蚀性能等优点[1-5]。NiAl金属间化合物材料作为耐高温抗氧化结构材料有望在高温工程领域中得到广泛应用[1-5]。由于NiAl金属间化合物具有较高的性能而且制备成本较低，所以在实际应用中具有很大优势。对NiAl金属间化合物的性能进行广泛的研究和应用。但是NiAl金属间化合物材料还存在室温脆性大和抗蠕变性能差等问题[1-5]。为此研究者对NiAl合金开展了广泛的研究[1-5]。NiAl合金的熔点为1638℃，NiAl合金的密度为5.86g/cm3，NiAl合金的弹性模量为294GPa，NiAl合金的热导率较高，NiAl合金的成分比例是Ni50：Al50[5-10]。NiAl金属间化合物材料具有较高的抗高温氧化性能和良好的耐高温性能，但其NiAl合金在室温条件下塑性较差，断裂抗力较差以及高温强度较低等[5-10]。NiAl金属间化合物的使用温度更高[5-10]。所以NiAl合金可以作为高温结构材料应用于更高的温度和环境中[5-10]。NiAl金属间化合物由于具有较高的力学性能，较高的耐磨损性能，良好的抗高温氧化性能而被广泛应用在高温工程领域中。NiAl金属间化合物的组成是Ni元素与Al元素的摩尔比例为50∶50。本文主要详细讲述NiAl金属间化合物材料的制备工艺，力学性能和其他性能以及研究发展现状等，并介绍NiAl金属间化合物材料在工程领域中的应用。并简要介绍NiAl金属间化合物基复合材料的研究现状。并对NiAl金属间化合物未来的研究发展趋势进行分析和预测。

2 NiAl金属间化合物材料的制备技术

NiAl金属间化合物材料可以作为功能材料和结构材料[5-10]。NiAl金属间化合物材料具有较高的力学性能和良好的抗高温氧化性能[5-10]，NiAl金属间化合物材料可以作为高温结构材料和复合材料基体应用在工程领域中[5-10]。NiAl金属间化合物材料的制备方法有很多种类，制备工艺方法将会影响NiAl金属间化合物材料的性能。NiAl金属间化合物材料的制备方法有机械合金化法、热压烧结法和热等静压烧结法，燃烧合成法等。

2.1 机械合金化法

机械合金化是一种制备高温合金粉末和金属间化合物粉末的高能球磨工艺。机械合金化工艺是将不同种金属粉末放入高能球磨机进行机械球磨，通过磨球，粉末和球磨罐之间的强烈相互碰撞，破碎和焊合作用，粉末颗粒发生碰撞粘结，变形断裂和冷焊并被不断细化，金属粉末颗粒就会被粘结在一起形成层状结构的颗粒，继续球磨破碎形成粉末粒度较细的金属合金粉末。从而使得金属混合粉末实现合金化形成金属合金粉末。采用机械合金化球磨工艺可以制备出NiAl金属间化合物材料。利用机械合金化制备纳米晶NiAl金属间化合物，在机械合金化工艺后形成具有纳米结构的NiAl金属间化合物粉末。可以将Ni粉末和Al粉末按照摩尔比例为50∶50进行混合然后进行机械合金化工艺和热处理工艺得到NiAl金属间化合物粉末，并通过热压烧结工艺制备NiAl金属间化合物块材。

2.2 热压烧结法和热等静压法

采用热压烧结和热等静压可以制备致密的NiAl金属间化合物块材。热压烧结法和热等静压法适用于烧结NiAl金属间化合物材料。热等静压处理还能提高NiAl合金的致密性[5-10]。采用机械球磨和热压烧结法合成NiAl金属间化合物块材，按照摩尔比例为50∶50球磨Ni粉末和Al粉末，机械球磨过程中通过反应合成NiAl金属间化合物粉末，最后通过热压烧结工艺制备出NiAl合金块体材料。也可以将机械合金化得到的NiAl合金粉末通过热等静压烧结工艺制备致密的NiAl合金块材。所以可以通过机械合金化工艺制备NiAl合金粉末，并通过热压烧结工艺制备NiAl合金块材[5-10]。

2.3 燃烧合成法

燃烧合成法可以制备NiAl金属间化合物材料。制备方法主要有自蔓延高温合成，热压放热反应合成法等。将Ni粉末和Al粉末通过自蔓延高温合成工艺可以制备NiAl金属间化合物粉末，并通过热压烧结工艺制备NiAl金属间化合物块材。通过热压放热反应合成法可以制备颗粒增强的NiAl金属间化合物基复合材料。

3 NiAl合金的改性研究

改善和提高NiAl金属间化合物性能的主要方法是向NiAl基体中加入合金元素，并且在NiAl金属间化合物材料中取得成功[5-10]。向NiAl合金中加入Ti，Cr，Nb，Si，Fe等形成高温合金材料将提高NiAl合金的抗高温氧化性能和耐高温性能[5-10]。

4 NiAl金属间化合物基复合材料的制备和性能

NiAl金属间化合物材料由于具有较高的力学性能、较高的熔点、较低的密度、较高的导热率、较高的弹性模量以及良好的抗腐蚀性能和抗氧化性能等[5-10]。因此NiAl合金在工业领域中有着广泛的应用前景。制备NiAl金属间化合物基复合材料是NiAl合金材料主要的研究发展方向。制备NiAl合金基复合材料可提高NiAl金属间化合物材料的室温断裂韧性，室温塑性以及高温强度等性能。所以就需要制备NiAl金属间化合物基复合材料，提高NiAl合金的高温力学性能、抗蠕变性能、抗高温氧化性能等[5-10]。

4.1 NiAl纳米晶复合材料

采用纳米颗粒增强和增韧NiAl合金制备NiAl基复合材料可以提高NiAl合金的力学性能、耐磨损性能、抗高温氧化性能等。纳米级颗粒在NiAl合金基体中起到增强和增韧的作用。通过纳米颗粒的强化作用有助于增强NiAl合金材料的抗蠕变能力。制备纳米颗粒增强和增韧的NiAl基复合材料成为提高NiAl合金性能主要方法。此外采用机械合金化工艺制备纳米NiAl合金粉末，并通过热压烧结工艺或者放电等离子烧结工艺制备纳米NiAl合金块材。

4.2 NiAl金属间化合物基复合材料的制备技术和性能

制备NiAl金属间化合物基复合材料的制备方法是将金属颗粒、陶瓷颗粒、晶须和短纤维加入到NiAl金属间化合物基体中，从而制备颗粒增强，晶须增强或短纤维增强的NiAl基复合材料，制备NiAl基复合材料可以提高NiAl合金的室温韧性和室温塑性以及高温强度[5-10]。并通过增强相的增强和增韧作用提高NiAl金属间化合物基复合材料的强度和韧性[5-10]。通过TiB2、TiC颗粒的弥散强化使得NiAl金属间化合物的强度和韧性得到较大提高。通过原位反应合成和热压烧结工艺制备TiB2，TiC颗粒增强NiAl基复合材料。还可以通过热等静压烧结工艺制备颗粒增强NiAl基复合材料[5-10]。热压放热合成工艺是将放热反应合成与热压烧结工艺相结合，用热压放热反应合成工艺制备TiC、TiB2、Al2O3颗粒增强NiAl基复合材料。现在已经制备出NiAl-TiC复合材料、NiAl-TiB2复合材料、NiAl/Cr（Mo）-TiC复合材料和NiAl-Al2O3-TiC复合材料等。还可以将晶须或者短纤维加入到NiAl合金基体中形成晶须增强和增韧的NiAl基复合材料。通过复合后得到的NiAl合金基复合材料的高温强度得到显著提高，韧性和塑性得到明显改善[5-10]。有些研究者研究TiC颗粒增强NiAl（Co）复合材料的合成和力学性能。有些研究者研究NiAl/HfC复合材料的机械合金化和力学性能。有些研究者研究NiAl/TiB2复合材料的显微结构和力学性能。

4.3 NiAl金属间化合物基复合材料的研究发展趋势和发展方向

NiAl金属间化合物基复合材料主要包括：NiAl/Al2O3复合材料，NiAl/TiC复合材料，NiAl/ZrO2复合材料，NiAl/WC复合材料，NiAl/HfC复合材料，NiAl/TiB2复合材料，NiAl/HfB2复合材料，NiAl/AlN复合材料等。还可以将连续纤维与NiAl合金相复合制备连续纤维增强NiAl基复合材料，例如制备Al2O3纤维增强NiAl基复合材料，Mo纤维增强NiAl基复合材料。可以将短纤维或晶须加入到NiAl合金中制备晶须或短纤维增强NiAl基复合材料。还可以制备具有复合层状结构的NiAl/Ni复合材料，NiAl/Al复合材料等。采用扩散粘结法可以制备连续纤维增强NiAl基复合材料。例如连续Mo纤维增强NiAl基复合材料，连续Al2O3纤维增强NiAl基复合材料。连续纤维增强NiAl金属间化合物基复合材料具有较高的力学性能。

5 结语

NiAl金属间化合物由于具有较高的力学性能，良好的耐磨损性能和抗高温氧化性能等而被广泛应用在工程领域中。该文主要讲述NiAl金属间化合物材料的制备工艺和性能以及研究发展情况等。该文主要讲述NiAl金属间化合物材料的制备工艺、力学性能和其他性能以及研究发展现状等，并介绍NiAl金属间化合物在工程领域的应用。NiAl金属间化合物的未来研究发展趋势是开发新型制备工艺制备具有高性能的NiAl金属间化合物材料；将颗粒、晶须和短纤维、连续长纤维等引入到NiAl金属间化合物基体中形成NiAl基复合材料；还可以通过机械合金化工艺制备纳米级NiAl金属间化合物粉末，并通过粉末冶金工艺制备出NiAl金属间化合物纳米块材，可以显著提高NiAl合金的力学性能。

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