镍基高温合金中缺陷介导拓扑密堆相粗化的原子尺度机理研究

本文首次通过原子尺度实验与热力学计算相结合的方法，揭示了σ相粗化过程中界面台阶附近出现的原子错排现象，建立了"界面缺陷-成分-结构"匹配模型，指出堆垛层错能（SFE）是控制粗化动力学的关键参数，为设计抗降解高温合金提供了新策略。

　　

亮点

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  首次实验观察到界面台阶附近出现的原子错排现象
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  建立了缺陷介导的TCP相粗化新机制
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  堆垛层错能（SFE）被确定为控制粗化动力学的关键参数
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  外部应力通过促进缺陷形成加速粗化过程

σ相粗化与界面结构

经100小时和500小时暴露后A1和A2合金的典型显微结构如图1所示。在所有试样中，形貌各异的TCP相在时效过程中逐渐演化。当暴露100小时后，A1合金中TCP相的粗化已经开始，与A2合金相比表现出加速的粗化动力学。针状TCP颗粒逐渐增厚并转变为块状构型。暴露500小时后，A1中的许多TCP颗粒经历了从针状到块状的形状转变。

原子错排对粗化影响的热力学分析

沉淀过程的总体吉布斯自由能通常描述如下：

该表达式包含化学驱动力、界面能和错配应力焓。V表示沉淀物体积，代表考虑异质形核中减少的错配应力的因子。在整个TCP颗粒的形核和生长过程中，最重要的驱动力来源于化学因素，而界面能和错配应力在确定沉淀物形貌方面起着关键作用。

结论

总之，我们研究了界面台阶附近原子错排促进的粗化机制，确立了缺陷介导的界面构型作为控制镍基高温合金中TCP相粗化的关键机制。本研究揭示了以下重要发现：

(1) 首次实验确定了缺陷介导的σ/γ??界面重构，其中界面台阶附近的原子错排形成了具有TCP相似结构的区域

(2) 这些纳米级结构异常在σ相和γ??相之间建立了成分和结构相似性

(3) 堆垛层错能（SFE）被确定为控制粗化动力学的关键参数

(4) 外部应力通过促进类似缺陷的形成进一步加速粗化过程