有序化对金属间化合物NiFe，FeAl氢气诱发环境氢脆敏感性的影响

摘要

本文研究了室温下有序态和无序态Ni<,3>Fe合金在真空和氢气中的力学性能，结果表明：无序态合金在氢气中不发生脆化现象，而有序化后合金则严重脆化。当在合金中加入0.03 wt.％B元素后，较大地提高了合金的本征塑性，而且几乎完全抑制了有序态Ni<,3>Fe合金中由氢气诱发的环境脆性。在真空中的拉伸断口形貌表明：当添加0.03 wt.％B硼后，有序态Ni<,3>Fe合金的断口形貌由沿晶脆性和韧性混合断口变成完全韧性断口。产生这些结果的原因是加入合金中的硼原子在晶界处偏析，硼不仅提高了合金的晶界强度，又与氢原子在晶界处竞争占位，降低了氢原子的扩散速度，从而抑制了有序态Ni<,3>Fe合金在氢气环境中的脆化。 不同化学计量比的无序态和有序态Ni<,3>Fe合金在真空和氢气中力学性能的研究表明：增加Fe的含量能提高合金在真空中的塑性；合金化学计量比对合金在氢气中的氢脆敏感性没有明显的影响，即合金的化学计量比对合金表面催化裂解能力基本没有影响。 不同应变速率下有序态和无序态Ni<,3>Fe合金在真空和氢气中的力学性能研究表明：无序态合金的氢脆敏感性不受应变速率的影响，而有序态Ni<,3>Fe合金的氢脆敏感性随着应变速率的提高而降低。此结果表明应变速率的变化一方面对合金表面催化裂解氢分子的时间产生影响，另一方面对位错的运动速率产生影响，最终导致合金的环境氢脆敏感性随应变速率的变化。 有序态和无序态Fe<,3>A1合金在真空和氢气中的力学性能的研究表明：无序态和有序态Fe<,3>A1合金均存在由氢气诱发的环境氢脆，且其脆化程度相当，说明Fe催化裂解分子氢是造成合金氢气诱发环境氢脆的根本原因。Ni<,3>Fe合金和Fe<,3>A1合金在氢气中的断口形貌表明：有序态合金的在氢气中的脆化断裂方式与其晶体结构和位错运动方式有关。 以上研究结果从不同角度证明：有序态合金表面的催化裂解能力决定了合金在氢气中的氢脆敏感性，而其催化裂解能力与表面元素的电子结构有关。有序化前后，Ni<,3>Fe合金和Fe<,3>Al合金的氢脆敏感性差异，可能是由于在有序化过程中，组成合金的过渡族金属的原子外层电子结构(3d层)发生了不同的变化，从而导致不同合金在有序化后对氢气的催化裂解能力产生差异。这从不同方面证明了Ni<,3>Fe合金有序化过程中过渡族元素外层电子结构的变化是提高合金对氢气催化裂解能力，从而导致合金在氢气中脆化的根本原因。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章综述

1.1 概述

1.2 金属间化合物室温环境氢脆研究概况

1.2.1金属间化合物环境氢脆机理

1.2.2合金元素对金属间化合物环境氢脆影响的研究

1.2.3有序化对金属间化合物环境氢脆影响的研究

1.3 本课题的研究思路、目的及意义

第二章实验方法

2.1有序态、无序态拉伸样品制备

2.2拉伸试验及断口形貌分析

2.3金相试样的制备

2.4透射电镜

2.5三维原子探针(3DAP)

第三章合金的有序化

3.1 Ni3Fe合金的有序化

3.1.1无序态和有序态Ni3Fe合金结构振幅的计算

3.1.2 TEM对无序态和有序态Ni3Fe合金结构的研究

3.1.3 3DAP对无序态和有序态Ni3Fe合金结构的研究

3.2 Fe3Al合金的有序化

3.2.1无序态Fe3AI合金结构振幅的计算

3.2.2有序态Fe3Al合金结构振幅的计算

第四章Ni3Fe合金环境氢脆的研究

4.1硼对有序态和无序态Ni3Fe合金力学性能的影响

4.1.1硼对无序态和有序态Ni3Fe合金晶粒尺寸的影响

4.1.2硼对有序态和无序态Ni3Fe合金机械性能和断口形貌的影响

4.1.3分析与讨论

4.2合金化学计量比对有序态和无序态Ni3Fe力学性能的影响

4.2.1化学计量比对Ni3Fe合金晶粒尺寸的影响

4.2.2不同化学计量比的Ni3Fe合金的力学性能和断口形貌

4.2.3化学计量比对有序态Ni3Fe合金氢脆指数的影响

4.2.4分析与讨论

4.3应变速率对有序态和无序态Ni3Fe合金力学性能的影响

4.3.1有序态和无序态Ni3Fe合金不同应变速率下的力学性能

4.3.2应变速率对有序态和无序态Ni3Fe合金氢气环境中拉伸断口形貌的影响

4.3.3分析与讨论

4.4本章小结

第五章Fe3Al合金环境氢脆的研究

5.1概述

5.2有序化对Fe3Al合金晶粒尺寸的影响

5.3有序化对Fe3Al合金在不同环境中力学性能的影响

5.4分析与讨论

5.5本章小结

第六章结论

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文和参与的项目

致谢