湯 穎， 陳 娟， 杜 勇， 張利軍

(1.中南大學(xué) 粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410083； 2. Thermo-Calc Software AB, Norra Stationsgatan 93, SE-113 64 Stockholm, Sweden)

定位于材料基因組計(jì)劃的鎳基高溫合金互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的高通量測(cè)定

湯 穎1,2， 陳 娟1， 杜 勇1， 張利軍1

(1.中南大學(xué) 粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410083； 2. Thermo-Calc Software AB, Norra Stationsgatan 93, SE-113 64 Stockholm, Sweden)

尋找新一代鎳基單晶高溫合金中Re的替代元素以實(shí)現(xiàn)少Re甚至無(wú)Re化是當(dāng)前高溫合金領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。從擴(kuò)散系數(shù)角度出發(fā)尋找具有與Re相當(dāng)或者更低擴(kuò)散系數(shù)的元素是有效的研究策略之一。在多元合金中，互擴(kuò)散系數(shù)矩陣可全面表征任一合金元素的擴(kuò)散能力。因此，精確測(cè)定不同合金元素在鎳基高溫合金γ和γ′相中隨成分和溫度變化的互擴(kuò)散系數(shù)矩陣是當(dāng)務(wù)之急。首先，概述當(dāng)前鎳基高溫合金互擴(kuò)散系數(shù)矩陣測(cè)定的現(xiàn)狀，以及用于多元合金互擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定的傳統(tǒng)Matano-Kirkaldy方法和新型數(shù)值回歸方法。由于傳統(tǒng)Matano-Kirkaldy方法效率低，文獻(xiàn)中鮮有鎳基高溫合金三元及更高組元體系互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的報(bào)道。本研究小組最近基于Fick第二定律和原子移動(dòng)性概念發(fā)展起來(lái)的新型數(shù)值回歸方法，可用于任意組元合金精準(zhǔn)互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的高通量測(cè)定。隨后以Ni-Al-Ta三元合金γ相為例詳細(xì)闡述新型數(shù)值回歸法用于合金互擴(kuò)散系數(shù)矩陣高通量測(cè)定以及測(cè)定結(jié)果的可靠性驗(yàn)證過(guò)程。之后，簡(jiǎn)述本研究小組關(guān)于鎳基高溫合金γ和γ′相互擴(kuò)散系數(shù)矩陣測(cè)定的最新進(jìn)展。目前已經(jīng)完成了核心三元合金體系Ni-Al-X(X=Rh, Ta, W, Re, Os和Ir) γ及γ'相互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的高通量測(cè)定，并對(duì)結(jié)果可靠性進(jìn)行了細(xì)致的驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)比不同元素在鎳基高溫合金中的互擴(kuò)散系數(shù)，初步提出新一代鎳基高溫合金中Re的可能替代元素及合金成分設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。最后，指出鎳基高溫合金互擴(kuò)散系數(shù)矩陣測(cè)定的下一步工作和互擴(kuò)散系數(shù)矩陣高通量測(cè)定的發(fā)展方向。

鎳基高溫合金；互擴(kuò)散系數(shù)；高通量；數(shù)值回歸方法；材料基因組

鎳基高溫合金具有良好的高溫強(qiáng)度、優(yōu)異的抗腐蝕性和抗氧化性，是目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)鉁u輪葉片等高溫零部件的主要用材[1-2]。為了滿足高溫極限使用環(huán)境的要求，鎳基高溫合金需具備高的抗蠕變性能。一般情況下，合金的抗蠕變性能在一定程度上依賴于所添加合金元素的擴(kuò)散系數(shù)，也就是說(shuō)，添加具有較低擴(kuò)散系數(shù)的合金元素可以有效地提高合金的抗蠕變性能。因而，工業(yè)上常常將具有較低擴(kuò)散系數(shù)的難熔元素添加到Ni基高溫合金中以提高其抗蠕變性能[3]。從第二代鎳基單晶高溫合金開始，就加入具有極低擴(kuò)散系數(shù)的稀土元素Re。Re的添加量從第二代鎳基單晶高溫合金中的3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)增加到了第三代合金中的6%，并有進(jìn)一步增加的趨勢(shì)[4]。盡管添加Re元素會(huì)在一定程度上提高鎳基高溫合金的抗蠕變性能，但也引入了一些問(wèn)題，如：(1)Re的加入會(huì)形成有害的拓?fù)涿芘畔?TCP相)，造成合金力學(xué)性能的嚴(yán)重降低；(2)Re的價(jià)格昂貴，增加了鎳基高溫合金的成本。因此，尋找新一代鎳基單晶高溫合金中Re的替代元素，以實(shí)現(xiàn)少Re甚至無(wú)Re化是當(dāng)前高溫合金領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

從擴(kuò)散系數(shù)角度出發(fā)尋找具有與Re相當(dāng)或者更低擴(kuò)散系數(shù)的元素以部分或者完全替代Re元素是有效的研究策略之一。目前，已有研究者開展了相關(guān)工作[3,5-7]，這些報(bào)道大都采用第一原理計(jì)算不同合金元素在純鎳中的雜質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)。實(shí)際的鎳基高溫合金含10種以上合金元素，在服役過(guò)程中涉及各元素在不同相中隨成分和溫度變化的相互擴(kuò)散系數(shù)。此外，第一原理計(jì)算結(jié)果依賴于已知的擴(kuò)散機(jī)制，其可靠性仍需要一定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。因此，精確測(cè)定不同合金元素在鎳基高溫合金fcc(即：γ)和L12(即：γ′)相中隨成分和溫度變化的互擴(kuò)散系數(shù)矩陣是當(dāng)務(wù)之急。

迄今為止，文獻(xiàn)中僅有少數(shù)關(guān)于鎳基高溫合金二元子體系實(shí)測(cè)擴(kuò)散系數(shù)的報(bào)道[8-10]，而三元及更高組元體系則幾乎未見(jiàn)報(bào)道，這主要與當(dāng)前擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定方法效率較低有關(guān)。在三元系中，單一物相的互擴(kuò)散系數(shù)矩陣對(duì)應(yīng)有4個(gè)獨(dú)立的互擴(kuò)散系數(shù)，包括2個(gè)主擴(kuò)散系數(shù)和2個(gè)交叉擴(kuò)散系數(shù)。對(duì)于三元系互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的測(cè)定，一般采用傳統(tǒng)的Matano-Kirkaldy(M-K)方法[11-13]與單相擴(kuò)散偶技術(shù)相結(jié)合的方法。該方法要求必須有2組或以上的三元擴(kuò)散偶，并且每2組擴(kuò)散偶的擴(kuò)散路徑上必須存在1個(gè)以上的交點(diǎn)。雖然M-K方法可以獲得交點(diǎn)處準(zhǔn)確的互擴(kuò)散系數(shù)，但一般制備2組擴(kuò)散偶只能獲得1個(gè)交點(diǎn)處的互擴(kuò)散系數(shù)矩陣。若采用M-K方法測(cè)定目標(biāo)三元系隨成分和溫度變化的互擴(kuò)散系數(shù)矩陣，需要精確設(shè)計(jì)大量的單相擴(kuò)散偶，測(cè)定效率低。此外，由于很難設(shè)計(jì)在擴(kuò)散路徑上具有交點(diǎn)的多元擴(kuò)散偶，M-K方法幾乎未見(jiàn)應(yīng)用于更高元體系互擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定的報(bào)道。

為了提高三元互擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定效率，國(guó)內(nèi)外科研工作者試圖通過(guò)單一的擴(kuò)散偶獲取三元合金的互擴(kuò)散系數(shù)，如Dayananda和Sohn[14]、Zhang等[15]、Jaques和Lacombe[16]以及Paul等[17]。這些方法或局限于平均擴(kuò)散系數(shù)[14-16]或局限于偽二元系互擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算[17]，仍無(wú)法高效獲得目標(biāo)合金隨成分和溫度變化的互擴(kuò)散系數(shù)矩陣[18]。2014年，本研究小組基于Fick第二定律和原子移動(dòng)性概念發(fā)展了一種實(shí)用型數(shù)值回歸方法(pragmatic numerical inverse method)[19]，并實(shí)現(xiàn)了程序化。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)可以獲得三元單一擴(kuò)散偶沿整個(gè)擴(kuò)散通道的互擴(kuò)散系數(shù)；(2)可以方便地推廣到多元互擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算。隨后，該方法成功應(yīng)用于Co合金[19]、無(wú)鉛焊料[20]、Al合金[21]三元系單相互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的測(cè)定。結(jié)果表明：(1) 采用該實(shí)用型數(shù)值回歸法所測(cè)定的互擴(kuò)散系數(shù)與傳統(tǒng)的M-K方法得到的結(jié)果吻合；(2) 該方法適用于不同類型成分-距離曲線的互擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定，包含對(duì)稱型、非對(duì)稱型及含有零通量面型等等。最近，本研究小組從以下四個(gè)方面進(jìn)一步增強(qiáng)了該數(shù)值回歸方法[22]：(1)采用一套參數(shù)用于同一溫度多組擴(kuò)散偶隨成分變化互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的測(cè)定；(2)證實(shí)了在簡(jiǎn)單相中是否采用精準(zhǔn)的熱力學(xué)因子對(duì)所獲得互擴(kuò)散系數(shù)矩陣可靠性的影響可以忽略；(3)引入互擴(kuò)散通量作為誤差最小化的另一條件，提高數(shù)值收斂性；(4)將該方法拓展到可適用于任意組元(即從二元、三元到多元)單相合金互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的測(cè)定。因此，該新型數(shù)值回歸方法可用于鎳基高溫合金γ和γ′相精準(zhǔn)互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的高通量測(cè)定，而且通過(guò)對(duì)比各合金元素互擴(kuò)散系數(shù)的大小可高效尋找新一代鎳基單晶高溫合金中Re可能的替代元素。此外，該新型數(shù)值回歸方法完全符合當(dāng)前“材料基因組”(Materials Genome Initiative,MGI)計(jì)劃的高效特征，可作為MGI計(jì)劃重要的組成部分，用于目標(biāo)合金互擴(kuò)散系數(shù)高效數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，加快新型合金的設(shè)計(jì)及開發(fā)。

本文首先簡(jiǎn)單介紹用于互擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定的傳統(tǒng)M-K方法以及新型數(shù)值回歸方法，隨后以Ni-Al-Ta三元系為例詳細(xì)闡述新型數(shù)值回歸法用于γ相精準(zhǔn)互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的高效測(cè)定過(guò)程及其測(cè)定結(jié)果可靠性的驗(yàn)證。第3節(jié)將簡(jiǎn)述本研究小組關(guān)于鎳基高溫合金核心三元系Ni-Al-X(X=Rh, Ta, W, Re, Os) γ和γ′相互擴(kuò)散系數(shù)矩陣測(cè)定的最新進(jìn)展。通過(guò)互擴(kuò)散系數(shù)的詳細(xì)對(duì)比，初步提出了新一代鎳基高溫合金中Re的可能替代元素。最后，指出了鎳基高溫合金互擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定的下一步工作，以及互擴(kuò)散系數(shù)高通量測(cè)定的發(fā)展方向。

1 互擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定方法

1.1 傳統(tǒng)的Matano-Kirkaldy方法

對(duì)于A-B-C三元系，如假定組元C為溶劑元素，A和B為溶質(zhì)元素，其Fick第一定律可表述為：

(1)

(2)

(3)

在三元系中，一組擴(kuò)散偶可以得到兩組上述方程(即：式(1)至式(3))，但不足以得到4個(gè)獨(dú)立的擴(kuò)散系數(shù)。因此，Kirkaldy[11-13]提出可設(shè)計(jì)2組三元擴(kuò)散偶，且該2組擴(kuò)散偶的擴(kuò)散通道上必須存在至少一個(gè)交點(diǎn)。在該交點(diǎn)處，則有4組上述方程，就可以計(jì)算出該三元系在交點(diǎn)成分處的4個(gè)擴(kuò)散系數(shù)。這就是傳統(tǒng)的Matano-Kirkaldy方法。

1.2 新型數(shù)值回歸方法

在上述同樣的三元系中，F(xiàn)ick第二定律的表達(dá)式為：

(4)

(5)

(6)

式中：μi表示組元i的化學(xué)勢(shì)。可從相應(yīng)體系精確的熱力學(xué)描述(如采用CALPHAD方法建立的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)[26])中得到可靠的熱力學(xué)因子。需要指出的是，本研究小組Chen等[22]最近證實(shí)了對(duì)于缺乏精準(zhǔn)熱力學(xué)描述的簡(jiǎn)單相而言，采用新型數(shù)值回歸方法仍可獲得可靠的互擴(kuò)散系數(shù)矩陣。

式(5)中原子移動(dòng)性參數(shù)Mi則可參照Andersson and Gren[27]提出的公式(7)來(lái)獲得。

(7)

由式(7)可知，Mi直接與ΔGi相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，參數(shù)ΔGi與合金的成分、溫度和壓力相關(guān)，其表達(dá)式可以用Redlich-Kister多項(xiàng)式展開得到:

(8)

聯(lián)立式(4)到式(8)，可以模擬給定擴(kuò)散偶在一定擴(kuò)散時(shí)間后的成分-距離(Fick第二定律)及互擴(kuò)散通量(Fick第一定律)曲線。根據(jù)本研究小組Chen等的工作[19,22], 將模擬的成分-距離和互擴(kuò)散通量-距離曲線值與實(shí)驗(yàn)測(cè)定的成分-距離和互擴(kuò)散通量-距離曲線值的差值作為優(yōu)化對(duì)象，運(yùn)用迭代方法進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)兩者之間的差別最小時(shí)，則認(rèn)為該組參數(shù)最合理，即：

(9)

(10)

(11)

(12)

1.3 誤差評(píng)估方法

我們采用Lechelle等[29]提出的科學(xué)方法來(lái)評(píng)估互擴(kuò)散系數(shù)的誤差。該方法基于誤差傳遞思想。在互擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算過(guò)程中，每一項(xiàng)的誤差均可用下式表示：

(13)

式中：A，B…是方程f的相關(guān)變量；u(α) (α=A,B...)為α(如：濃度、Matano平面等)的誤差。

2 代表性合金Ni-Al-Ta體系γ相互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的高效測(cè)定

本節(jié)將以本研究小組剛發(fā)表的Ni-Al-Ta三元合金γ相為例[30]，詳細(xì)闡述新型數(shù)值回歸法應(yīng)用于合金互擴(kuò)散系數(shù)矩陣高通量測(cè)定的過(guò)程。同時(shí)我們也將討論如何驗(yàn)證所測(cè)定結(jié)果的可靠性。

2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

采用純度均為99.99%的Ni、Al和Ta作為原材料，在WKDHL非自耗電弧熔煉爐(WK-I，Opto-electronics Co., Ltd., Beijing)中及高純氬氣氛保護(hù)下熔煉，各合金名義成分如表1所示。為使難熔元素Ta能完全融入合金中，保證合金的均勻性，按照前期工作的三步法進(jìn)行熔煉[9]。由于熔煉過(guò)程原料的熔損很小，不需進(jìn)一步的合金成分分析。隨后將熔煉好的合金真空封入石英管中，并置于高溫管式爐中，均勻化退火48 h，以進(jìn)一步提高合金均勻性并增加晶粒尺寸以減小界面短程擴(kuò)散的影響。接著，將退火后的合金切成5 mm×5 mm×1 mm的小塊，經(jīng)打磨和拋光后，將兩塊組成擴(kuò)散偶的合金緊密貼合放入鉬夾具中制成擴(kuò)散偶。所制備的9組擴(kuò)散偶如表1所示。將制備好的擴(kuò)散偶封入石英管并放入高溫管式爐中進(jìn)行擴(kuò)散退火。9組擴(kuò)散偶的不同退火機(jī)制也列入表1中。隨后將石英管從爐膛中快速取出，并立即水淬。對(duì)所有擴(kuò)散退火后的樣品沿?cái)U(kuò)散方向的平行面進(jìn)行拋光。最后，采用電子探針EPMA(日本電子生產(chǎn)，型號(hào)為JXA-8100)對(duì)這9組擴(kuò)散偶沿?cái)U(kuò)散方向平行面的成分進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定其成分-距離曲線。成分測(cè)定在進(jìn)行原子序數(shù)校正、吸收校正和熒光校正后與標(biāo)樣的對(duì)比得出，測(cè)量誤差為1%～3%。

表1 設(shè)計(jì)的fcc Ni-Al-Ta體系9組擴(kuò)散偶及其端際合金名義成分[30]

2.2 γ相互擴(kuò)散系數(shù)的高效測(cè)定及可靠性驗(yàn)證

采用EPMA測(cè)定的成分-距離曲線如圖1所示。由于篇幅限制，這里只給出了具有代表性的C7，C8和C9擴(kuò)散偶在1300 ℃擴(kuò)散退火7 h的成分-距離曲線(圖中符號(hào)代表實(shí)驗(yàn)點(diǎn))?；谒鶞y(cè)擴(kuò)散偶不同組元的成分-距離曲線，根據(jù)公式(2)和(3)可以獲得相應(yīng)的互擴(kuò)散通量(圖中符號(hào)代表實(shí)驗(yàn)點(diǎn))，也如圖1所示。從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，Ni-Al/Ni-Ta類型的擴(kuò)散偶中Ni的成分距離曲線呈現(xiàn)N型(如圖1(a))，而Ni/Ni-Al-Ta類型的擴(kuò)散偶中Ni的成分距離曲線呈現(xiàn)S型(如圖1(b)和(c))。

進(jìn)行對(duì)比。從圖中4可以看出，由三元主擴(kuò)散系數(shù)外推得到的值與Ni-Al和Ni-Ta二元互擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值符合得很好。這進(jìn)一步驗(yàn)證所計(jì)算得到互擴(kuò)散系數(shù)的可靠性。

表2 基于傳統(tǒng)M-K方法和新型數(shù)值回歸法得到的Ni-Al-Ta合金γ相互擴(kuò)散系數(shù)的對(duì)比[30]

3 鎳基高溫合金互擴(kuò)散系數(shù)矩陣測(cè)定的最新進(jìn)展及Re的可能替代元素

最近，本研究小組陳娟在博士論文中采用與上述Ni-Al-Ta三元系相同的方法高通量地測(cè)定了Ni-Al-X(X=Rh, Ta, W, Re, Os和Ir)系列三元系在1373～1573 K下γ和γ′相的互擴(kuò)散系數(shù)矩陣[32]。通過(guò)與傳統(tǒng)M-K方法計(jì)算結(jié)果、文獻(xiàn)報(bào)道的邊際二元系互擴(kuò)散系數(shù)以及實(shí)測(cè)成分-距離和互擴(kuò)散通量曲線的對(duì)比，驗(yàn)證了新型數(shù)值回歸方法得到的鎳基高溫合金γ和γ′相互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的可靠性。本節(jié)將基于陳娟的實(shí)測(cè)結(jié)果[32]，通過(guò)詳細(xì)對(duì)比不同元素在鎳基高溫合金γ和γ′相中的互擴(kuò)散系數(shù)大小來(lái)嘗試尋找新一代鎳基高溫合金中Re的可能替代元素。

4 結(jié)論及展望

綜上，新型數(shù)值回歸法與單相擴(kuò)散偶的結(jié)合為鎳基高溫合金互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的高通量測(cè)定提供了一種行之有效的方法。當(dāng)前，本研究小組已經(jīng)完成了鎳基高溫合金核心三元合金體系Ni-Al-X(X=Rh, Ta, W, Re, Os和Ir) γ及γ′相互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的高通量測(cè)定，并對(duì)結(jié)果可靠性進(jìn)行了細(xì)致的驗(yàn)證?；趯?duì)不同元素在鎳基高溫合金中互擴(kuò)散系數(shù)的對(duì)比，初步提出了在新一代的鎳基高溫合金成分設(shè)計(jì)中將Os作為鎳基高溫合金中Re的可能替代元素，而且可將W元素應(yīng)盡可能多的分配在γ′相中。

接下來(lái)本研究小組將擴(kuò)大所研究的添加元素范圍，而且通過(guò)高通量測(cè)定更高元體系乃至實(shí)際合金體系的互擴(kuò)散系數(shù)矩陣，為新一代單晶鎳基高溫合金的無(wú)Re和少Re化以及精準(zhǔn)的成分設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

此外，除了在互擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算方法外，還將通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的改進(jìn)來(lái)進(jìn)一步提高多元合金互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的測(cè)定效率。如將Zhao等[35-36]提出的多元擴(kuò)散節(jié)與新型數(shù)值回歸方法結(jié)合來(lái)進(jìn)一步提高互擴(kuò)散系數(shù)矩陣的測(cè)定效率，實(shí)現(xiàn)互擴(kuò)散系數(shù)矩陣更高效的高通量測(cè)定。

(責(zé)任編輯：張 崢)

MGI-oriented High-throughput Measurement of Interdiffusion Coefficient Matrices in Ni-based Superalloys

TANG Ying1,2, CHEN Juan1, DU Yong1, ZHANG Lijun1

(1.State key laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China; 2.Thermo-Calc Software AB, Norra Stationsgatan 93, SE-113 64 Stockholm, Sweden)

One of the research hotspots in the field of high-temperature alloys was to search the substitutional elements for Re in order to prepare the single-crystal Ni-based superalloys with less or even no Re addition. To find the elements with similar or even lower diffusion coefficients in comparison with that of Re was one of the effective strategies. In multicomponent alloys, the interdiffusivity matrix were used to comprehensively characterize the diffusion ability of any alloying elements. Therefore, accurate determination of the composition-dependant and temperature-dependent interdiffusivities matrices of different elements in γ and γ′ phases of Ni-based superalloys was high priority. The paper briefly introduces of the status of the interdiffusivity matrices determination in Ni-based superalloys, and the methods for determining the interdiffusivities in multicomponent alloys, including the traditional Matano-Kirkaldy method and recently proposed numerical inverse method. Because the traditional Matano-Kirkaldy method is of low efficiency, the experimental reports on interdiffusivity matrices in ternary and higher order sub-systems of the Ni-based superalloys were very scarce in the literature. While the numerical inverse method newly proposed in our research group based on Fick′s second law can be utilized for high-throughput measurement of accurate interdiffusivity matrices in alloys with any number of components. After that, the successful application of the numerical inverse method in the high-throughput measurement of interdiffusivity matrices in alloys is demonstrated in fcc (γ) phase of the ternary Ni-Al-Ta system. Moreover, the validation of the resulting composition-dependant and temperature-dependent interdiffusivity matrices is also comprehensively made. Then, this paper summarizes the recent progress in the measurement of interdiffusivity matrices in γ and γ′ phases of a series of core ternary Ni-based superalloys achieved in our research group. Up to now, the interdiffusivity matrices in γ and γ′ phases of the core ternary systems including Ni-Al-X(X=Rh, Ta, W, Re, Os and Ir) have been efficiently measured, and their reliability has also been carefully validated. Based on the experimental results, the interdiffusivities for different elements in Ni-based superalloys are carefully compared, from which the potential substitutional alloying elements for Re in Ni-based supperalloys as well as the points for alloy composition design are proposed. Finally, the research work of next step on the measurement of interdiffusivity matrices in Ni-based superalloys as well as the development trends of high-throughput measurement of interdiffusivities in our research group are pointed out.

Ni-based superalloys; interdiffusion coefficient; high throughput; numerical inverse method; materials genome initiative

2016-10-17；

2016-10-30

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51301208)；湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015JJ3146);中南大學(xué)粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目資助

張利軍(1983—)，男，博士，教授，主要從事合金熱力學(xué)、擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)、微結(jié)構(gòu)及合金設(shè)計(jì)等領(lǐng)域研究，(E-mail)lijun.zhang@csu.edu.cn。

10.11868/j.issn.1005-5053.2016.100003

TB30；TG146.1

A

1005-5053(2017)01-0026-10