近日，工學院張宏業副教授課題組完成的“Experimental study on the micro mechanical parameters of Ni-based single-crystal superalloys using nanoindentation and element distribution analysis”論文，在材料科學領域Top期刊《Journal of Materials Research and Technology》（中國科學院二區Top，IF="6.4）上發表，本研究討論了固溶熱處理對鎳基單晶高溫合金DD6微觀力學性能的提升作用及對元素偏聚的改善作用。
鎳基單晶高溫合金以其卓越的高溫強度、結構穩定性、使用可靠性以及高溫蠕變性能，在航空航天、船舶及特種制造業等領域得到了廣泛應用。但由于不同元素的溶解度不同，導致在定向凝固過程中極易發生元素偏聚現象，從而對合金的微觀力學性能甚至是宏觀力學性能造成不利影響。本文將納米壓痕與元素分布相結合，分析了γ/γ'兩相及枝晶組織元素分布，如圖1和圖2所示，結果表明，Al和Co元素偏析系數變化最大，枝晶間中Al元素偏析系數下降了36%，Co元素偏析系數上升了19%；枝晶干Al元素偏析系數下降了29%，Co元素偏析系數上升了34%。同時對固溶處理前后枝晶間和枝晶干組織分別進行了納米壓痕實驗，結果如圖3所示。結果表明，枝晶間彈性模量由72.990 Gpa提升至156.727 Gpa，提升了114.7%，枝晶干彈性模量由73.091 Gpa提升至177.408 Gpa，提升了142.7%。枝晶間硬度無明顯變化，而枝晶干硬度由4.188 Gpa提升至6.025 Gpa，提升了43.86%。
圖1 鎳基單晶高溫合金γ/γ'兩相EDS元素分布
圖2 鎳基單晶高溫合金枝晶組織EPMA元素分布
圖3 納米壓痕實驗結果： (a) 硬度； (b) 彈性模量
本論文第一作者為工學院碩士研究生李淼，工學院副教授張宏業為第一通訊作者，北京林業大學為文章第一完成單位。研究受到國家自然科學基金（No. 12002053）和北京市自然科學基金（No.1204033）等資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.04.061
