探索更耐用更有效的镍钨合金的界面现象

合金化是创造新材料的关键过程。通过将金属与所需特性相结合，科学家可以生产具有合适性能的合金。例如，由铁与少量铬、镍和其他元素结合而成的不锈钢具有很高的耐腐蚀性。

军事应用特别感兴趣的一类合金是镍钨合金 (Ni-W)。这些合金具有很高的耐用性，使其可用作涂层。由于Ni和W具有不同的性质，它们的连接界面形成独特的层，其中通过扩散和界面反应等过程形成金属间化合物(IMC)和扩散诱导再结晶(DIR)区域。

与合金的其余部分相比，这些区域表现出显着不同的机械、热和化学行为。因此，了解这些界面的特性是设计具有合适特性的合金的一个重要方面。

现在，由东京工业大学助理教授 Minho Oh 和韩国朝鲜大学教授 Hee-Soo Kim 领导的研究人员揭示了镍钨合金中如何形成包括 IMC 在内的各种相。他们发表在《合金与化合物杂志》上的研究结果对于开发寿命更长且作为涂层更有效的镍钨合金具有重要价值。

Oh 说：“对 IMC 和 Ni/W 界面扩散形成的中间层的研究表明，有可能显着提高各个领域重要材料的有效性和寿命。”

为了检查镍/钨界面，研究人员将一块钨片夹在两块镍板之间。然后他们将样品在 1123 K 下加热 112 小时以促进扩散，然后在相同温度下退火 234.15 小时。

随后，研究人员利用实验技术分析了界面的形貌和化学成分。他们分析了材料横截面各相中镍和钨的浓度，以及界面处形成的区域的晶粒尺寸。

此外，研究人员还开发了一种扩散模型，该模型考虑了镍和钨在块体金属和不同界面区域中的扩散速率，以解释这些界面区域的形成。

他们的分析表明，Ni 和 W 的相互扩散产生了 Ni 4 W IMC 层，该层向 Ni 和 W 板双向生长。 W原子继续移动到Ni基体中，在Ni基体和IMC层之间形成扩散诱导再结晶区(DIR)。值得注意的是，Ni 4 W IMC 和 DIR 区域均表现出多晶结构。

DIR 区域不是单个相，而是 Ni 相内的固溶体区域。其特征是存在细长的柱状晶粒，有利于W原子的晶界扩散。

在 DIR 区域中，Ni 和 W 扩散速率的不平衡导致在 DIR 区域中 Ni 和 DIR 之间的界面附近形成称为柯肯德尔空洞的不规则形状的空洞。值得注意的是，由 DIR 区域、IMC 和空隙组成的界面会影响材料的强度和热性能。

“这些发现不仅增进了我们对 Ni/W界面处 IMC 形成和扩散所产生的 DIR 区域的理解，而且还为柯肯达尔空洞的产生现象和金属系统 DIR 区域内缺陷形成的机制提供了重要的见解。 ，”哦说。

“这种综合方法增强了我们对 Ni-W 扩散偶热力学和动力学的理解，推进了对高温材料科学至关重要的知识。”