Материалы в высокопроизводительных турбинах должны выдерживать не только мощные механические нагрузки, они также должны сохранять свои химические и механические свойства почти до температуры плавления. По этой причине производители турбин на протяжении десятилетий использовали специальные сплавы с высокими эксплуатационными характеристиками на основе никеля. Новая работа Helmholtz-Zentrum Berlin fur Materialien and Energie (HZB) теперь подробно показывает, как образуются и развиваются новые фазы в сплавах на основе никеля, и дает подсказки о том, как можно улучшить высокоэффективные сплавы. Докторант Флориан Фогель и доктор Нелия Вандерка из Института прикладных материалов HZB элегантно объединили два метода для достижения этой цели: просвечивающую электронную микроскопию (ПЭМ) и атомно-зондовую томографию (APT), которые они провели в сотрудничестве с коллегами из университета.
Мюнстера.Их интересовало явление фазового разделения, которое было известно около 50 лет, но которое нельзя было точно наблюдать или понять до сих пор: микроструктура сплавов на основе никеля изменяется при контролируемом старении или термообработке, а также в классической двухфазной микроструктуре. изначально формируются новые фазы. Вандерка и Фогель впервые смогли точно наблюдать процесс разделения фаз в атомном масштабе.Для этого они смоделировали процесс старения сплава путем его термообработки в течение различных периодов времени.
Они задокументировали, как микроструктура изменилась во время старения сплава, используя микрофотографии с просвечивающего электронного микроскопа. В то время как классическая двухфазная микроструктура состоит из кубовидных выделений γ ‘, встроенных в так называемую γ-матрицу, во время термообработки сферические γ-частицы сначала образуются в выделениях γ’ сплава, а затем сливаются в пластины, которые в конечном итоге разделяют γ-частицы. ‘выпадает в осадок. Термомеханические свойства этих типов сплавов во многом зависят от стабильности этой γ / γ´ микроструктуры.
Чтобы определить атомные составляющие отдельных фаз, но прежде всего для того, чтобы узнать об образовании и составе плохо изученной γ-частицы, Фогель и Вандерка исследовали состаренные образцы с помощью томографии атомного зонда в Университете Мюнстера. Им удалось реконструировать атомную решетку образцов слой за слоем и определить состав всех фаз, чтобы они могли объяснить химическую эволюцию γ-частиц.«До сих пор предполагалось, что расщепление выделений γ ‘улучшает микроструктуру во время старения, что было бы полезно для стабильности сплава при термомеханической нагрузке. Мы смогли показать, что это неверно.
Микроструктура действительно значительно меняется , но это не улучшается за счет расщепления. Мы действительно смогли соотнести лучшие механические свойства с присутствием сферических или пластинчатых γ-частиц, а не с более поздними стадиями после того, как произошло расщепление выделений γ ‘», объясняет Флориан Фогель. Нелия Вандерка добавляет: «Если мы хотим улучшить стабильность микроструктуры и, таким образом, термомеханические свойства сплава, мы должны быть уверены, что выделения γ ‘не расщепляются γ-частицами, а вместо этого остаются нетронутыми благодаря соответствующей термообработке. и состав сплава.
Атомно-зондовая томография помогает нам понять роль легирующих элементов в образовании и росте γ-частиц. Отсюда мы можем узнать, как влиять на эти процессы ».