NiTi-Al金属间化合物是有望满足先进航空发动机中温区使用的超高强新型结构材料。申请者前期采用定向凝固和微合金化法获得了拉伸强度超过2000MPa，断裂韧性为35 MPaom^1/2以上的B2型NiTi-Al金属间化合物，其力学特性表现为超线弹性变形及韧性断裂特征，既不同于B2结构NiAl和FeAl的脆性断裂行为，也不同于NiTi形状记忆合金马氏体相变引起的伪弹性行为。TEM表明，NiTi-Al超高强度和韧性断裂与其形变孪晶与位错、析出相及微裂纹萌生均发生了相互作用有关。本项目拟以定向凝固NiTi-Al结构材料为研究对象，阐明其宏观力学行为，确定高强度和高韧性的关键可控因素，明确孪晶形成机理，孪晶与位错、共格析出相、以及微裂纹萌生与扩展之间相互作用机制，建立宏观力学行为和微观形变机制内在联系，揭示NiTi-Al金属间化合物力学行为和强韧化机理，为发展新型轻质高性能超高强结构材料奠定基础。

项目完成了超高强定向凝固NiTi-Al基金属间化合物的制备及取向优化控制，并揭示其微观力学行为和强韧化机制。[001]取向合金具有高强度和超线弹性，弹性极限最高可达4%，但其断口组织处未见位错和孪晶等塑性变形特征。[102]取向合金应力应变曲线展现出塑性，弹性极限下降为2%左右，有明显屈服现象，断口处存在{112}<111> 变形孪晶。SEM原位拉伸结果发现[102]取向合金裂纹源首先在脆性强化相Ti2Ni相或Nb /Ti2Ni共生组织中萌生，裂纹扩展缓慢，当应力积累到1500N时，裂纹扩展开裂。断口表面基体组织中发现较为密集的变形迹线，对变形迹线进一步分析表明，它们包括滑移带和孪晶，主要是（-211）<111>位错滑移和（12-1）<-111>变形孪晶。TEM原位拉伸结果进一步证实，在裂纹扩展前未发现位错和孪晶，裂纹扩展同时在裂尖前方应力诱发形变孪晶，释放应力，裂纹沿孪晶界呈锯齿状继续扩展，引发裂尖位错形成，应力不断集中与释放的过程，使裂尖形态不断重复由尖锐变钝过程。TEM高分辨发现在部分变形孪晶界上发现了ω相析出，与基体的取向关系为[-113]B2//[2-1-1-3]ω, (110)B2//(1-101)ω和 (2-11)B2//(0-110)ω，ω相晶格常数与bcc基体关系如下：a_ω=√2 a_bcc，c_ω=√3⁄2 a_bcc，c_ω⁄a_ω ≈0.612，空间群为D_6h^1 (P6⁄mmm)，其惯习面位于bcc基体相的{112}面。高温拉伸时富Nb相和Ti2Ni相动态球化，大量纳米级β-Nb相析出，800℃拉伸时纳米相对位错有一定的钉扎作用。随着拉伸温度增加至900℃，有再结晶现象发生，纳米级β-Nb粗化，Nb的固溶强化作用和对位错钉扎作用减弱，高温强度取决于纳米Nb析出相与位错交互强化作用，Nb析出后引起固溶强化效果弱化以及高温再结晶软化几方面共同作用。在NiTi-Al基合金中发现了一种含20%Nb的新强化相，具有孪晶或非孪晶两种形态，晶体结构确定为底心单斜结构：a = 0.987 nm, b = 0.504 nm, c = 1.172 nm, α = γ = 90°, β = 130.18°，空间群为C2/c。NiTi-Al金属间化合物通过取向优化和成分优化可获得塑性、高强度、高弹性极限的良好匹配。完成了项目的研究内容，并达到研究目标。 2100433B

泡沫铝由于其独特的孔结构及组合性能，在超轻结构-功能应用上受到国内外广泛关注。泡沫铝获得规模应用的关键在于发展高强韧泡沫铝的高效连续制备技术,为此，项目通过内生少量微细第二相颗粒及低温物理增粘共同作用下的熔体泡沫稳定性、孔结构均匀性控制机理、强韧化机制等科学问题研究，建立高强韧泡沫铝的连铸-二次泡沫化制备基础理论体系，为实现高强韧泡沫铝的连续制备奠定基础，促进泡沫铝工业的发展。 在内生少量微米第二相（Al-Si-Fe-Mg系）及低温物理增粘（低于常规发泡温度10-20℃）的共同作用下，实现了Al-Si系合金熔体泡沫的稳定性控制。熔体泡沫的稳定，一是通过降低熔体温度提高粘度，通过粘度的提高稳定熔体泡沫结构；二是内生少量微细第二相，通过第二相对粘度的作用、第二相空间网络对熔体流动的阻碍作用、部分元素（如Mg）降低熔体表面张力的作用，提高熔体泡沫的稳定性。另外，在Al-Fe-Si系合金中添加0.5%的稀土元素后，发现可泡沫化熔体的Fe含量可以从2%降低到0.2%。此现象的发现，为Al-Fe-Si-Mg系合金泡沫的强韧化奠定了成分基础。 研究获得了TiH2在铝熔体中的分散性、气泡的非均匀形核、TIH2的表面处理及其分解特性变化等规律，对二次发泡泡沫铝的孔结构控制规律有了深入的了解。 采用二次发泡法制备了平均孔径3.5 mm、孔隙率80%的ZL111合金泡沫，研究了变质处理、T6热处理对ZL111合金泡沫组织及力学性能的影响，结果表明：T6热处理后，Y&Sr复合变质的ZL111合金泡沫，其α-Al保持了原先的变质效果，共晶硅呈球状且分布均匀，并在晶界析出弥散分布的第二相CuAl2及Al9FeMg3Si5；Y&Sr复合变质的ZL111合金泡沫，其屈服强度从未热处理、未变质的13.3MPa 增加到T6热处理后的22.6 MPa、致密化应变从59.3%增加到76.9%、能量吸收值从4.87 MJ/m3增加到13.77 MJ/m3。 本研究的意义在于，改变了传统熔体发泡制备泡沫铝的Ca增粘稳定熔体泡沫模式，实现了在内生少量微米第二相及低温物理增粘条件下的熔体泡沫稳定性控制，为泡沫铝的连铸-二次发泡连续制备奠定了基础。研究表明，该设想是可行的。该研究对于开发高性价比泡沫铝提供了科学、可行的方法和技术，对推动泡沫铝的工业应用有重要意义。

泡沫铝由于其独特的孔结构及组合性能，在超轻结构-功能应用上受到国内外广泛关注。泡沫铝获得规模工业应用的关键在于发展高强韧泡沫铝的高效连续制备技术,为此，项目提出：在内生少量微细第二相颗粒作用下获得兼备可连铸、可泡沫化和可强韧化特征的铝合金熔体，通过先驱体连铸、先驱体二次泡沫化及泡沫铝强韧化处理，实现高强韧泡沫铝的连续制备。项目通过内生少量微细第二相颗粒及低温物理增粘共同作用下的熔体泡沫稳定性、孔结构均匀性控制机理、强韧化机制、连铸温度场和流场等科学问题研究，建立高强韧泡沫铝的连铸-二次泡沫化制备基础理论体系，为实现高强韧泡沫铝的连续制备奠定基础，促进泡沫铝工业的发展。