双晶Ni2Al协同增强新型多晶Ni3Al基金属间化合物的强度与塑性研究

本文系统研究了经1000℃退火处理后多晶Ni3Al基金属间化合物中形成的双晶Ni2Al相。通过扫描透射电镜（STEM）和超X能谱（super-X EDS）分析发现，该相具有{10_12}<10_11>孪晶系和共格孪晶界（CTBs），并与α-Cr纳米沉淀物保持共格关系。这种独特的微观结构使合金室温抗拉强度从618 MPa提升至708 MPa，延伸率从2.0%增至6.7%，为通过传统铸造工艺实现原位纳米孪晶强化提供了新策略。

　　

Highlight

本研究首次在多晶Ni₃Al基金属间合金中发现了具有多级孪晶结构的Ni₂Al相。该相通过{10_12}<10_11>孪晶系形成初级孪晶和次级纳米孪晶，并与α-Cr纳米沉淀物产生完美共格关系，显著提升了合金室温及高温下的强度与塑性协同性能。

Microstructure and tensile properties

铸态多晶Ni₃Al合金的显微组织由枝晶γ+γ′、γ′基体和共晶γ–γ′组成。经1000℃退火处理后，合金室温抗拉强度提升至708 MPa，延伸率达6.7%；在1100℃高温下仍保持优异性能，证明孪晶结构对高温稳定性具有显著贡献。

Formation of the twinned Ni₂Al with secondary nanotwins

孪晶Ni₂Al的形成机制极为特殊。通过扫描透射电镜（STEM）分析发现，该相在γ′基体与共晶γ–γ′边界处析出，其初级孪晶和次级纳米孪晶均保持{10_12}<10_11>孪晶系，且与α-Cr纳米沉淀物形成共格界面。这种结构有效阻碍位错运动，同时通过孪晶界面的位错容纳能力增强塑性。

Conclusions

本研究通过传统铸造与退火工艺，成功在多晶Ni₃Al合金中制备出具有多级孪晶结构的Ni₂Al相。该结构通过共格孪晶界（CTBs）和纳米沉淀协同作用，同步提升合金强度与塑性，为解决金属间化合物晶界脆性问题提供了创新性解决方案。