Fe-Al金属间化合物氢脆效应研究现状
一基金项目:
国家自然科学基金面上项目(21471137)一黄广棋:男,1992年生,硕士研究生,主要从事金属与合金中的氢脆研究一E-mail :huan ggq 2113＠https://www.360docs.net/doc/ea6122163.html,一唐涛:通信作者,1972
年生,博士,研究员,主要从事氢与材料相互作用的研究一E-mail :tan g tao＠cae p .cn
Fe-Al 金属间化合物氢脆效应研究现状
黄广棋1,张桂凯2,罗朝以1,唐一涛1,
2
(1一表面物理与化学重点实验室,绵阳621908;2一中国工程物理研究院材料研究所,
绵阳621907)摘要一一Fe-Al 金属间化合物具有良好的抗氧化二抗硫化腐蚀性能以及高温结构性质,而且质轻价廉,在航空航天二汽车工业二
能量转换系统二过滤材料等领域具有广阔的应用前景,但在室温下易发生环境脆化,这也是其未能得到大规模应用的主要原因三本文在介绍Fe-Al 金属间化合物特性的基础上,重点综述了Fe-Al 金属间化合物氢脆行为及其机制的实验和理论研究进展,提出了今
后的研究方向三
关键词一一Fe-Al 金属间化合物一氢脆效应一氢脆机制
中图分类号:TG111.91;TG146.2＋一一文献标识码:A一一DOI :10.11896/j .
issn .1005-023X .2018.11.015A Review on H y dro g en Embrittlement of Fe-Al Intermetallics
HUANG Guan gq i 1,ZHANG Guikai 2,LUO Zhao y i 1,TANG Tao 1
,2
(1一Science and Technolo gy on Surface Ph y sics and Chemistr y Laborator y ,Mian y an g 621908;
2一Institute of Materials ,China Academ y of En g ineerin g Ph y sics ,Mian y an g 621907)
Abstract 一一Fe-Al intermetallics dis p la y notable a pp lication p otential in the fields of aeros p ace ,auto industr y ,ener gy exchan-g in g s y stem ,filteration materials ,etc.
Owin g to their favorable oxidation resistance and sulfidation resistance as well as hi g h-tem p e-rature p erformance.However ,the p oor ductilit y of intermetallics is the bi gg est obstacle for their lar g e-scale p ractical a pp lication.In
this p a p er ,we p rovide an overview u p on the research endeavors in the p ast decade about the h y dro g en embrittlement behavior and the corres p ondin g mechanism ,and p ut forward the p oints which deserve consideration in the future studies.
Ke y words 一一Fe-Al intermetallics ,h y dro g en embrittlement ,h y dro g en mechanism
0一引言
Fe-Al 金属间化合物不仅具有良好的抗氧化二
抗硫化腐蚀性能以及高温结构性质,较高的比强度和中温强度,还表现出反常的屈服行为二独特的形变特征,最具有吸引力的是其原材料价格低廉[1]三因此,其作为新一代中高温结构材料和不锈钢替代材料具有广阔的应用前景,可用于航空航天二
汽车工业二能量转换系统二过滤材料等领域三但是,显著的室温氢脆效应导致Fe-Al 制得的工件在服役过程中极易发生脆断,极大地限制了它的应用,这是其未能得到大规模应用的主要原因三在涉氚系统中,为了降低氚渗透导致的氚损失及其对环境和人员的放射性危害,需要获得类似Sandwich 结构( Al 2O 3|Fe-Al |不锈钢 )
的阻氚涂层材料体系三虽然Fe-Al 过渡层显著改善了Al 2O 3和不锈钢之间的热失配,
提高了两者的结合力,但由氢原子诱发室温脆性带来的潜在
问题往往被忽视[2-3]
三实际上,一旦氚侵入Fe-Al ,势必诱发
氢脆,这种氢脆严重时极可能导致阻氚涂层材料体系失效三
对Fe-Al 金属间化合物氢脆效应的研究开始于20世纪
90年代三橡树岭国家实验室的科学家Liu 发现水汽是导致
Fe-Al 金属间化合物室温脆性的根本原因[2]
三但是,Balasu-bramaniam 从B2-FeAl 的体心立方晶体结构进行分析,
认为FeAl 是室温本征脆性材料[4]
三随后围绕Fe-Al 金属间化合
物的氢脆行为研究虽建立了氢增强解理(HEDE )
二氢增强塑性(HELP )
或氢泡,甚至氢化物等氢脆机制[5]
,但绝大部分机制都仅是针对Fe-Al 中某一特定氢浓度演化阶段的氢脆效
应描述三Barnoush 和Vehoff 则认为氢脆实际是降低了内聚
能和缺陷形成能,而并非通常认为的HEDE 或HELP [6]三
因此,系统研究Fe-Al 金属间化合物中的氢脆效应二氢脆行为及机理,不仅对阻氚涂层材料设计具有重要的指导意义,还有望深化对金属间化合物材料氢脆物理机制的科学认识三一
本文先介绍Fe-Al 金属间化合物的特性,然后综述了Fe-Al 金属间化合物氢脆行为及机制的实验和理论研究进展,并提出了今后的研究方向三1一Fe-Al 金属间化合物的基本特性
Fe-Al 金属间化合物是具有体心立方晶体结构的一类金
属间化合物,其晶体结构中的Fe 二Al 原子间的相互作用强度
已远超金属键,达到了共价键的强度,研究者普遍认为Fe 原
子与Al 原子间已形成共价键[7],所以称其为金属间化合物三根据Fe-Al 金属间化合物相图[5,8]
,可将Fe-Al 金属间化合物
主要分为Fe 3Al 二FeAl 二Fe 5Al 8二FeAl 2二Fe 2Al 5二Fe 4Al 13等六
种三其中,Fe 3Al 和FeAl 金属间化合物在FeAl 二元合金相图中存在区域较宽,意味着在较宽的温度范围和二元组分比
四8781四材料导报A :综述篇一一2018年6月(A )
第32卷第6期万方数据