镍基高温合金等金属材料欢迎咨询上海霆钢金属集团有限公司

根据 Inconel600 合金的元素组成， 如表 1 所示，并结合计算的关于钢液中固态化合物的价电子结构，找出固态化合物（包含稀土氧化物）中原子相应的杂阶与晶格电子数，归纳成表 2 。 依照关于 TiC 的价电子结构的分析可知， TiC 在高温下稳定存在时， Ti 原子为 B9 杂阶时最为稳定。 由此计算出晶胞内 所含的晶格电子数与共价电子数， 进而计算出固态化合物的 ξ ， 依据表 2 算出镍的晶格电子迁移趋势 ξ 为 0.430739 ， 进而算出基底与形核相之间的定义无量纲特征参数 Δξ ， 见表 3 。 Δξ 的计算公式为： Δξ=2 |ξ Ni -ξ α | ξ Ni +ξ α （ 1 ）式中： α 为 TiC 、 Ce 2 O 3 等合金中的固态化合物。

由表 3 可知， Ce 2 O 3 、 La 2 O 3 和 Ti 2 O 3 与 Ni 的定义特征参量 △ξ 分别 为 0.72546 、 0.73764 、 0.58311 ， TiC与 TiN 与 Ni 的 △ξ 分别为 0.24270 、 0.38073 ， 相比而言， Ce 2 O 3 、 La 2 O 3 和 Ti 2 O 3 与 Ni 的 定义特征参量 Δξ接近于 2 倍的 TiC 与 TiN 与 Ni 的 Δξ 。 而 Al 2 O 3 和SiO 2 与 Ni 的 定 义特征参量 Δξ 分别 为 0.42297 和0.42993 。 由此可知， Ce 2 O 3 、 La 2 O 3 和 Ti 2 O 3 作为合金的异质形核基底而言， 其两相之间晶格电子迁移趋势大， 异质形核效果好， TiC 与 TiN 的异质形核效果较差， 相比较而言 Al 2 O 3 和 SiO 2 为 Ni 元素中的中等有效异质形核核心。 TiC 和 TiN 的异质形核效果最差。

在凝固过程中， 当 Inconel600 合金中稀土夹杂物含量适当时， 这些高熔点化合物能作为镍元素形核的异质形核核心来促进形核， 定义特征参量大， 细 化合金晶粒效果好。 例如：对适量的 Ce 2 O 3 和La 2 O 3 对纯镍的晶粒细化进行了研究， 其能作为镍元素的异质形核核心， 并优化了纯镍的性能；研究了 Y 2 O 3 对一种镍基高温合金组织与性能的影响， 结果表明， 合金晶粒度随 Y 2 O 3 质量分数的增加而减小；用 双脉冲电镀制备了 Ni-Al 2 O 3 纳米复合镀层， 研究发现， 纳米 Al 2 O 3 颗粒的加入使镍镀层的晶体择优取向发生改变， 晶粒细化。

结论 （ 1 ） 定义特征参量越大， 在基底与形核相之间晶格电子的迁移率越大， 越有利于异质形核。 （ 2 ） TiC 和 TiN 与 Ni 的 Δξ 分别为 0.24270 和0.38073 ； Al 2 O 3 、 SiO 2 和 Ti 2 O 3 与 Ni 的 Δξ 分 别 为0.42297 、 0.42993 和 0.58311 ； Ce 2 O 3 和 La 2 O 3 与 Ni的 Δξ 分别为 0.72546 和 0.73764 。

（ 3 ） 相比而言， Ce 2 O 3 、 La 2 O 3 和 Ti 2 O 3 为 Inconel600合金中 镍元素异质形核的最有效形核核心， Al 2 O 3 、SiO 2 为中等有效形核核心； 而 TiC 和 TiN 的异质形核效果最差。