鎳基高溫合金中新型位錯網絡可緩解合金失配

導讀：本文用掃描透射電鏡分析了一種鎳基高溫合金在選擇性雷射熔化過程中形成的位錯網絡，該網絡穿過兩個相鄰γ-固溶體區域之間的有序γ』相區域。介紹了其網絡特徵，並討論了以前未曾報導過的異常特徵。

鎳基高溫合金優異的高溫強度依賴於一種微觀結構，在該結構中，L12有序γ′相顆粒在立方面心γ基體中沉澱。CM247LC是一種具有負失配的合金，其晶格失配導致高局部應力，其中通道中的高壓縮應力被γ』粒子中的拉伸應力分量所平衡。在高溫暴露期間，兩相之間的界面處形成的邊緣位錯網絡可以緩解失配。

近日，來自德國波鴻魯爾大學的Heep團隊研究了一種熱處理過的多晶高溫合金CM247LC中形成的位錯網，這種合金是用選擇性雷射熔化法製備的。相關成果發表於期刊《Scripta Materialia》上，題為「Dislocation networks in gamma/gamma』-microstructures formed during selective laser melting of a Ni-base superalloy」。研究通過空間光調製器加工將亞晶粒引入微結構中，並且它們之間的低角度晶界表現為貫穿γ/γ』微結構的位錯網絡。高局部應力也能驅動微觀結構的演變，包括定向粗化和γ』聚結，以及γ和γ』相之間錯配網絡的演化。

論文連結：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.08.019

在具有γ/γ』微觀結構的鎳基超級合金中，失配位錯是一種常見的微觀結構特徵，通常在長期的溫度暴露和蠕變後觀察到。但是，扭曲邊界會導致旋轉，並且不適應失配。因此，可以看出，文中描述的特定邊界既不是錯配位錯網絡，也不與枝晶間的取向差有關，這種取向差會產生「傾斜」邊界。

實驗結果產生了30-46 mJm-2範圍內的APB能量值，該值大大低於文獻中所報導的蠕變性能。這些低值反映了APB斷層所在的平面為(001)，其APB能量低於分離滑移面上滑移位錯的密集平面(111)。此外，低於預期值的原因還可能是，在空間光調製器加工條件下，位錯網絡在高於1000℃的溫度下達到平衡，其中L12相的有序度已經降低，這反過來將導致更低的APB值。換而言之，當樣品冷卻時，由於位錯不在滑移面上且高溫構型已經凍結，觀察到的位錯對無法一起滑移。

綜上所述，文中用掃描透射電鏡分析了一種鎳基高溫合金在選擇性雷射熔化過程中形成的位錯網絡。該網絡穿過兩個相鄰γ-固溶體區域之間的有序γ』相區域。當兩個γ′相粒子開始聚結時，形成了γ′相區域，在這個有序區域中俘獲了位錯網絡，從而形成了兩個具有反相束縛位錯對耦合的超部分位錯的位錯族。此外，還討論了以前未報導過的異常特徵(扭曲特徵和低APB能量)。

在給定溫度下，通過改變合金成分，控制液相成分和組分，可以影響裂紋敏感性。原則上，溶質的分離和沉澱過程可以被整體成分的變化所改變。

室溫拉伸試驗表明，與目前正在研究的其他Ni基高溫合金相比，CoNi基高溫合金具有優異的延展性和強度。

綜上所述，研究成功實現EBM和SLM列印最近開發的CoNi-基高溫合金SB-CoNi-10。列印的微觀結構顯示，在EBM和SLM凝固過程中，凝固過程中低程度的溶質偏析降低了液體介導裂紋的敏感性，並且一旦凝固完成，降低的γ』-固溶線溫度使裂紋減輕。進一步研究表明，CoNi基高溫合金的成分空間為其利用AM的潛力發展提供了機會。