알루미늄 니켈

Nickel aluminide

니켈알루미늄은 일반적으로 가장 널리 사용되는 두 가지 화합물 중 하나인 NiAl3 또는 NiAl을 의미하지만, 일반적으로 Ni-Al 시스템에서 추출한 알루미늄화물이다.이러한 합금은 부식 저항성, 저밀도, 생산 용이성 때문에 널리 사용된다.[1]니알은3 니켈기반의 슈퍼앨로이에서 강화상 phase이 침전되어 용해온도의 최대 0.7-0.8까지 고온의 강도를 얻을 수 있어 특히 관심이 높다.[1][2]한편 NiAl은 저밀도(NiAl보다3 낮음), 우수한 열전도율, 산화 저항성, 높은 용해 온도 등의 우수한 성질을 보이고 있다.[2]이러한 특성은 가스 터빈 및 제트 엔진의 블레이드 코팅과 같은 특수 고온 애플리케이션에 이상적이다.그러나 이 두 합금은 실온에서는 상당히 깨지기 쉬운 반면 니알은3 고온에서도 깨지기 쉬운 단점이 있다.[1]하지만, NiAl은3 다결정질과는 반대로 단일 결정체로 제조될 때 연성으로 만들어질 수 있다는 것이 증명되었다.[3]또 다른 용도는 2005년에 시연을 했는데, 이때 가장 마모에 강한 재료는 니켈알루미늄 매트릭스에 다이아몬드를 박아 만든 것으로 알려졌다.[4]

니알3

다결정질 니알3 기반 합금의 가장 큰 문제는 실내 온도와 고온 침식성이다.이러한 쾌활함은 일반적으로 탈구가 고도로 질서 정연한 선반에서 움직이지 못하기 때문이다.[5]연구자들은3 이러한 취약성이 이러한 니알 기반 합금들이 사용될 수 있는 잠재적 구조적 응용을 크게 감소시켰기 때문에 이를 해결하기 위해 열심히 노력했다.그러나 1990년에는 소량의 붕소를 도입하면 화농간 골절을 억제하여 연성을 획기적으로 높일 수 있는 것으로 나타났다.[6]일단 이것이 다루어지자, 초점을 합금의 구조적 특성을 최대화하는 쪽으로 돌렸다.앞서 언급한 바와 같이 니알 기반3 합금은 침전강화를 통해 합금을 강화하는 γ에서 γ의 침전물 형성에 의해 강도를 얻는다.이러한 NiAl 기반3 합금에서 γ 침전물의 부피 분율은 80%에 달한다.[7]이 높은 부피 분율 때문에 이들 합금의 수명 주기 동안 이들 γ의 침전물의 진화는 큰 관심을 끄는 분야였다.주요 관심사 중 하나는 고온(800 °C~1000 °C)에서 이들 γ의 침전물이 응고되어 이들 합금의 강도를 크게 떨어뜨리는 것이다.[7]이러한 응고 현상은 γ + '' 단계에서 인터페이스 에너지와 탄성 에너지 사이의 균형에 기인하며 일반적으로 오랜 시간 동안 불가피하다.[7]현재의 연구는 다른 요소들을 도입함으로써 이 고조되는 문제를 해결하려고 시도해왔다.Fe, Cr, Mo와 같은 원소는 1000시간 동안 1000 °C에서 니알 기반3 합금의 크리프 저항을 현저히 증가시킬 수 있는 고유한 다중 효소 구성을 만들어냈다.[8]이러한 크리프 저항은 탈구를 핀으로 고정시키고 γ' 단계의 더 이상의 화력을 방지하는 비균형 침전물 CrMoNi의4.62.1 형성에 기인한다.[8]이러한 Fe와 Cr의 추가는 NiAl 기반3 합금의 용접성을 크게 증가시키기도 하는데, NiAl 기반 합금은 쉽고 비용 효율적인 생산에도 불구하고 여전히 산업용으로 중요한 문제가 되고 있다.[8]일반적으로 NiAl은3 Ni-based 합금에서 우수한 강화 침전물 역할을 하므로 이러한 재료는 고온 하중 지지 용도에 이상적이다.다른 요소들의 결합을 통해 이 물질의 함정을 해결하기 위해 추가적인 연구가 행해지고 있다.

니알

NiAl은 유익한 특성에도 불구하고 일반적으로 저온(<330 °C)에서의 매우 높은 취성과 550 °C 이상의 온도에서 급격한 강도 상실의 두 가지 요인에 의해 고통 받는다.[9]그 침탈성은 곡물 경계를 따라 높은 원자 질서와 함께 반상 경계의 높은 에너지 모두에 기인한다.[9]NiAl 기반3 합금과 유사하게 이러한 문제는 일반적으로 다른 요소의 통합을 통해 해결된다.시도된 요소는 미세 구조의 영향에 따라 세 그룹으로 나눌 수 있다.

  • Ti 및 Hf와[9] 같은 3차 금속 간 단계를 형성하는 요소
  • Cr과[9] 같은 유사성 지각 형성 요소
  • Fe, Co, Cu[9] 등 NiAl에서 용해도가 높은 원소

보다 성공적인 요소들 중 일부는 고온 작업성뿐만 아니라 실온 연성도 대폭 증가시키는 Fe, Co, Cr로 나타났다.[10]이러한 증가는 β 위상 곡물을 수정하는 β 위상의 형성에 기인한다.[10]Fe, Ga, Mo로 합금하는 것도 실내 온도 연성을 획기적으로 향상시키는 것으로 나타났다.[11]가장 최근에는 Cr, W, Mo와 같은 굴절 금속이 첨가되어 상온 연성뿐만 아니라 고온에서 강도와 파괴 강도의 증가를 초래했다.[12]이는 고체 용액 경화에 기여하는 에우텍틱 합금 NiAlMo45.59, α-Cr 포함과 같은 고유한 마이크로 구조가 형성되었기 때문이다.[12]심지어 이러한 복잡한 합금(NiAlCrMo425134)[12]은 선택적 레이저 제조와 같은 적층 제조 공정을 통해 제조될 가능성이 있으며, 이러한 합금의 잠재적 용도를 크게 증가시키고 있다.

IC-221M

IC-221M으로 알려진 NiAl의3 합금은 크롬, 몰리브덴, 지르코늄, 붕소를 포함한 몇 가지 다른 금속과 결합된 니켈알루미늄으로 구성되어 있다.붕소를 첨가하면 곡물 경계 화학물질을 긍정적으로 변화시키고 곡물 교양을 촉진하여 합금의 연성을 높인다.이o 재료의 홀-페치 매개변수는 parameters = 163 MPa,[13] ky = 8.2 MPaˑcm이었다1/2.붕소는 비슷한 메커니즘에 의해 벌크 니알의3 경도를 증가시킨다.

이 합금은 일반 SAE 304 스테인리스강보다 5배나 강한 무게에 매우 강하다.대부분의 합금과 달리 IC-221M은 실온에서 최대 800 °C까지 강도가 증가한다.

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이 합금은 열과 부식에 매우 내성이 있으며 열처리로와 기타 용도에 사용되며, 수명이 길어지고 부식이 감소하여 스테인리스강보다 유리하다.[14]

특성.

  • NiAl은3 L12 타입의 큐빅 결정 구조를 가지고 있으며 격자 매개변수 a = 355.9 pm이다.
  • 밀도 = 7.16g/cm3
  • 항복 강도 = 855 MPa
  • 경도 = HRC 12
  • 열전도율 NiAl3 = 28.85 (W/m)K)[15]
  • 열전도율 NiAl = 76(W/m.K)
  • 용해점 NiAl3 = 1668K
  • 용해점 NiAl = 1955 K
  • 열팽창계수 = 12.5(10−6/K)
  • 본딩 = 공밸런트/금속
  • 전기 저항도 = 32.59(10Ωm)−8

참조

  1. ^ a b c Kurbatkina, Victoria V. (2017-01-01), "Nickel Aluminides", in Borovinskaya, Inna P.; Gromov, Alexander A.; Levashov, Evgeny A.; Maksimov, Yuri M. (eds.), Concise Encyclopedia of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, Amsterdam: Elsevier, pp. 212–213, ISBN 978-0-12-804173-4, retrieved 2021-03-07
  2. ^ a b Dey, G. K. (2003-02-01). "Physical metallurgy of nickel aluminides". Sādhanā. 28 (1): 247–262. doi:10.1007/BF02717135. ISSN 0973-7677. S2CID 122260602.
  3. ^ Pope, D. P.; Ezz, S. S. (1984-01-01). "Mechanical properties of Ni3AI and nickel-base alloys with high volume fraction of γ'". International Metals Reviews. 29 (1): 136–167. doi:10.1179/imtr.1984.29.1.136. ISSN 0308-4590.
  4. ^ 주철과 화강암을 절단할 수 있는 니켈알루미늄 복합재료 개발
  5. ^ Wu, Yu-ting; Li, Chong; Li, Ye-fan; Wu, Jing; Xia, Xing-chuan; Liu, Yong-chang (2020). "Effects of heat treatment on the microstructure and mechanical properties of Ni3Al-based superalloys: A review". International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 28 (4): 553–566. doi:10.1007/s12613-020-2177-y. ISSN 1674-4799.
  6. ^ K, Aoki (1990). "Ductilization of L12 Intermetallic Compound Ni3Al by Microalloying with Boron". Materials Transactions, JIM. 31 (6): 443–448. doi:10.2320/matertrans1989.31.443 – via J-STAGE.
  7. ^ a b c Wu, Yuting; Liu, Yongchang; Li, Chong; Xia, Xingchuan; Wu, Jing; Li, Huijun (2019-01-15). "Coarsening behavior of γ′ precipitates in the γ'+γ area of a Ni3Al-based alloy". Journal of Alloys and Compounds. 771: 526–533. doi:10.1016/j.jallcom.2018.08.265. ISSN 0925-8388. S2CID 139682282.
  8. ^ a b c Wu, Jing; Li, Chong; Wu, Yuting; Huang, Yuan; Xia, Xingchuan; Liu, Yongchang (2020-07-14). "Creep behaviors of multiphase Ni3Al-based intermetallic alloy after 1000°C-1000h long-term aging at intermediate temperatures". Materials Science and Engineering: A. 790: 139701. doi:10.1016/j.msea.2020.139701. ISSN 0921-5093. S2CID 225742080.
  9. ^ a b c d e Czeppe, Tomasz; Wierzbinski, Stanislaw (2000-08-01). "Structure and mechanical properties of NiAl and Ni3Al-based alloys". International Journal of Mechanical Sciences. 42 (8): 1499–1518. doi:10.1016/S0020-7403(99)00087-9. ISSN 0020-7403.
  10. ^ a b Ishida, K.; Kainuma, R.; Ueno, N.; Nishizawa, T. (1991-02-01). "Ductility enhancement in NiAl (B2)-base alloys by microstructural control". Metallurgical Transactions A. 22 (2): 441–446. Bibcode:1991MTA....22..441I. doi:10.1007/BF02656811. ISSN 1543-1940. S2CID 135574438.
  11. ^ Darolia, Ram (1991-03-01). "NiAl alloys for high-temperature structural applications". JOM. 43 (3): 44–49. Bibcode:1991JOM....43c..44D. doi:10.1007/BF03220163. ISSN 1543-1851. S2CID 137019796.
  12. ^ a b c Khomutov, M.; Potapkin, P.; Cheverikin, V.; Petrovskiy, P.; Travyanov, A.; Logachev, I.; Sova, A.; Smurov, I. (2020-05-01). "Effect of hot isostatic pressing on structure and properties of intermetallic NiAl–Cr–Mo alloy produced by selective laser melting". Intermetallics. 120: 106766. doi:10.1016/j.intermet.2020.106766. ISSN 0966-9795. S2CID 216231029.
  13. ^ Liu, C. T.; White, C. L.; Horton, J. A. (1985). "Effect of boron on grain-boundaries in Ni3Al". Acta Metall. 33 (2): 213–229. doi:10.1016/0001-6160(85)90139-7.
  14. ^ Crawford, Gerald (April 2003). "Exotic Alloy Finds Niche". Nickel magazine. Retrieved 2006-12-19.
  15. ^ a b Dey, G. K. (2003). "Physical Metallurgy of Nickel Aluminides" (PDF). Sādhanā. 28 (Parts 1 & 2): 247–262. doi:10.1007/bf02717135. S2CID 122260602. Retrieved 2014-03-05.