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摘 要：Ni-Al系金属间化合物具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀等性能，是一种极具潜力的涂层材料。本文着重介绍了Ni-Al涂层的特点以及应用，对其制备方法进行了简要介绍，对Ni-Al涂层的研究进展进行了说明。
关键词：金属间化合物；Ni-Al涂层；制备方法
一、金属间化合物的特点和应用
金属间化合物（Intermetallics Compounds，IMC），主要是指金属元素间、金属元素与类金属元素之间形成的化合物，其特点是各元素之间既有化学计量的组分，又可在一定范围内变化，从而形成以化合物为基体的固溶体。金属间化合物具有高熔点、高硬度、良好的抗蠕变性能和疲劳寿命。有序金属间化合物在氧化气氛中能生成致密的氧化膜，因而具有良好的抗氧化性。由此可见，金属间化合物兼有金属较好的塑性和陶瓷良好的耐磨性、耐腐蚀性和高温强度，以及刚度高、弹性模量高、密度低等特点，是航空航天、工业燃气轮机和汽车工业中最具潜力的结构材料之一。
二、Ni-Al金属间化合物及其涂层制备技术
Ni-Al体系，在室温存在稳定的NiA13， Ni2A13， NiAl， Ni5A13和Ni3A1五种金属间化合物。将Ni-Al系金属间化合物用作表面涂层材料，可以充分发挥Ni-Al系金属间化合物的性能优势，改善材料的耐磨损、耐高温、耐腐蚀等性能。近年来在高温合金零件的表面防护涂层方面得到较多的应用。目前，用于Ni-Al系合金及金属间化合物涂层的制备方法约有十余种，本文仅对物理气相沉积、化学气相沉积、热喷涂、堆焊、激光表面处理和化学热处理方法做简要介绍：
（1）物理气相沉积技术。物理气相沉积技术是指在真空条件下，利用物理的方法，将材料气化成原子、分子或电离成离子，并通过气相过程，在材料表面沉积一层具有特殊性能的薄膜的技术。其主要包括有真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜等3种基本技术。金属、玻璃、陶瓷等都可以作为物理气相沉积的基体材料。
物理气相沉积具有工艺简单，无污染，膜层厚度均匀，膜层致密、与基体材料附着力强等特点，且工艺过程中温度低，工件畸变小，不会产生退火软化，一般不需要进行再加工。
（2）化学气相沉积技术化学气相沉积是在一定温度下，混合气体之间或混合气体与基体表面之间的相互作用，在基体表面形成金属或化合物等的固态膜或镀层的一种技术。
（3）热喷涂技术。将待喷涂材料用热源加热到熔化或半熔化状态，再用高压气流令其雾化并喷射于工件表面，从而形成涂层，此种表面涂层制备方法称为热喷涂。它包括：熔体热喷涂、火焰热喷涂、电能热喷涂和高能束热喷涂。
涂层中存在残余应力是热喷涂涂层的缺点之一。残余应力是由于撞击基材表面的熔融态变形颗粒的冷凝收缩产生微观应力的累积形成的。涂层中存在的残余应力影响涂层的质量，限制了涂层的厚度。
（4）堆焊法。堆焊是用焊接的方法，即利用火焰、电弧、等离子弧等热源将堆焊材料熔化，靠自身重力在工件表面堆覆成耐磨、耐腐蚀、耐热涂层的工艺方法。堆焊法有电弧堆焊、等离子弧堆焊、电渣堆焊、氧-乙炔焰堆焊等。
（5）激光表面处理。激光表面处理是使用激光束进行加热，使工件表面迅速熔化一定深度的薄层，同时采用真空蒸镀、电镀、离子注入等方法把合金元素涂覆于工件表面，在激光照射下使其与基体金属充分融合，冷凝后在工件表面获得具有特殊性能的合金层。
使用激光进行表面处理的主要优势是：安全、清洁、无污染；可快速、局部加热材料并实现局部急热、急冷，获得特殊的表层组织结构与性能；易于加工高熔点材料、耐热材料、高硬度材料等；可在大气、真空及各种气氛中进行加工；可使用大体上相同的激光设备，通过改变激光波长及其他工艺参数进行不同工艺处理。同时，它是一种非接触性加工方法，适合自动化生产且具有生产率高、工件变形小、可精确控制质量等特点。因此，激光表面处理被认为是一种具有广阔应用前景的新技术。
（6）化学热处理。化学热处理是利用固态扩散使其他元素渗入金属工件表面的热处理工艺，也称之为固态扩渗热处理。
Ni-Al涂层同样可以通过化学热处理方法来制备，如渗铝技术。该方法可以分为渗铝和涂覆扩散渗铝两类，渗铝主要是粉末固体渗铝。固体粉末法渗铝，由于渗铝件被渗剂包围，漏渗少，容易获得致密的渗层，且设备简单，易于操作，故获得广泛应用。固体粉末法渗铝获得的渗铝层组织和性能不仅与渗剂的成份有关，而且还与渗铝温度和保温时间以及被处理工件的化学成份有关。涂覆扩散渗铝是在工件表面热涂一层铝，再进行扩散退火。
三、结束语
NiAl基金属间化合物具有优异的高温性能，但室温脆性、低塑性以及断裂韧性使其一直没有发展成为具有广泛实用价值的高温结构材料。Ni-Al金属间化合物涂层的制备技术可以在充分发挥Ni-Al金属间化合物性能优势的同时，又为怎样克服这些缺点提供了方向。通过不断改良涂层制备工艺，改善涂层的综合力学性能，使得这类技术具有更加广泛的发展前景。
参考文献：
[1] K.Morsi. Review： reaction synthesis processing of Ni-A1 intermetallic materials.Materials Science and Engineering.A299（2001）1～15
[2]张永刚，韩雅芳，陈国良，郭建亭，万晓景，冯涤。金属间化合物结构材料[M]。北京：国防工业出版社，2001。1～56
[3]王智祥，林立杰。表面强化新技术在模具制造领域中的应用与进展[J]。模具工业，2004，281（7）：52～56
[4] 孙希泰等。材料表面强化技术[M]。北京：化学工业出版社，2005，277～359
[5]钱苗根，姚寿山，张少宗。现代表面技术[M]。北京：机械工业出版社，1999，25～185
[6]Moore.M.A.The relation ship between the abrasive wear resistance，hardness and
microstructure of ferritic materials[J].Wear 1974， 28（1）：59～68
[7]刘政军，陈宏，刘臣，苏允海，程江波，刘铎。耐磨堆焊材料的研制[J]。表面技术，2004，33（5）：60～62
[8]Narendra B.DAHOTRE，周贤全。激光表面处理工艺[J]。国外机车车辆工艺 ，2003，10～13
[9]Adrian Kempster.Recent developments in aluminium diffusion[J].Anti-Corrosion Methods and Materials，1998，45（2）：81～83
[10]Bahadur A，Sharma T L，Parida N，et al.Structure property correlation in Al-diffusion coated steels[J].Materials Science，l993，（28）：5175～5381
[11]黄志荣，徐宏，李培宁。加速固体粉末渗铝的两段法新工艺[J]。金属热处理，2004，29（4）：39～41
[12] 欧桃平，操光辉。Ni-Al 基涂层制备工艺及其抗氧化性能[J]。中国有色金属学报，2012，22（6）：1725～1730
关键词：金属间化合物；Ni-Al涂层；制备方法
一、金属间化合物的特点和应用
金属间化合物（Intermetallics Compounds，IMC），主要是指金属元素间、金属元素与类金属元素之间形成的化合物，其特点是各元素之间既有化学计量的组分，又可在一定范围内变化，从而形成以化合物为基体的固溶体。金属间化合物具有高熔点、高硬度、良好的抗蠕变性能和疲劳寿命。有序金属间化合物在氧化气氛中能生成致密的氧化膜，因而具有良好的抗氧化性。由此可见，金属间化合物兼有金属较好的塑性和陶瓷良好的耐磨性、耐腐蚀性和高温强度，以及刚度高、弹性模量高、密度低等特点，是航空航天、工业燃气轮机和汽车工业中最具潜力的结构材料之一。
二、Ni-Al金属间化合物及其涂层制备技术
Ni-Al体系，在室温存在稳定的NiA13， Ni2A13， NiAl， Ni5A13和Ni3A1五种金属间化合物。将Ni-Al系金属间化合物用作表面涂层材料，可以充分发挥Ni-Al系金属间化合物的性能优势，改善材料的耐磨损、耐高温、耐腐蚀等性能。近年来在高温合金零件的表面防护涂层方面得到较多的应用。目前，用于Ni-Al系合金及金属间化合物涂层的制备方法约有十余种，本文仅对物理气相沉积、化学气相沉积、热喷涂、堆焊、激光表面处理和化学热处理方法做简要介绍：
（1）物理气相沉积技术。物理气相沉积技术是指在真空条件下，利用物理的方法，将材料气化成原子、分子或电离成离子，并通过气相过程，在材料表面沉积一层具有特殊性能的薄膜的技术。其主要包括有真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜等3种基本技术。金属、玻璃、陶瓷等都可以作为物理气相沉积的基体材料。
物理气相沉积具有工艺简单，无污染，膜层厚度均匀，膜层致密、与基体材料附着力强等特点，且工艺过程中温度低，工件畸变小，不会产生退火软化，一般不需要进行再加工。
（2）化学气相沉积技术化学气相沉积是在一定温度下，混合气体之间或混合气体与基体表面之间的相互作用，在基体表面形成金属或化合物等的固态膜或镀层的一种技术。
（3）热喷涂技术。将待喷涂材料用热源加热到熔化或半熔化状态，再用高压气流令其雾化并喷射于工件表面，从而形成涂层，此种表面涂层制备方法称为热喷涂。它包括：熔体热喷涂、火焰热喷涂、电能热喷涂和高能束热喷涂。
涂层中存在残余应力是热喷涂涂层的缺点之一。残余应力是由于撞击基材表面的熔融态变形颗粒的冷凝收缩产生微观应力的累积形成的。涂层中存在的残余应力影响涂层的质量，限制了涂层的厚度。
（4）堆焊法。堆焊是用焊接的方法，即利用火焰、电弧、等离子弧等热源将堆焊材料熔化，靠自身重力在工件表面堆覆成耐磨、耐腐蚀、耐热涂层的工艺方法。堆焊法有电弧堆焊、等离子弧堆焊、电渣堆焊、氧-乙炔焰堆焊等。
（5）激光表面处理。激光表面处理是使用激光束进行加热，使工件表面迅速熔化一定深度的薄层，同时采用真空蒸镀、电镀、离子注入等方法把合金元素涂覆于工件表面，在激光照射下使其与基体金属充分融合，冷凝后在工件表面获得具有特殊性能的合金层。
使用激光进行表面处理的主要优势是：安全、清洁、无污染；可快速、局部加热材料并实现局部急热、急冷，获得特殊的表层组织结构与性能；易于加工高熔点材料、耐热材料、高硬度材料等；可在大气、真空及各种气氛中进行加工；可使用大体上相同的激光设备，通过改变激光波长及其他工艺参数进行不同工艺处理。同时，它是一种非接触性加工方法，适合自动化生产且具有生产率高、工件变形小、可精确控制质量等特点。因此，激光表面处理被认为是一种具有广阔应用前景的新技术。
（6）化学热处理。化学热处理是利用固态扩散使其他元素渗入金属工件表面的热处理工艺，也称之为固态扩渗热处理。
Ni-Al涂层同样可以通过化学热处理方法来制备，如渗铝技术。该方法可以分为渗铝和涂覆扩散渗铝两类，渗铝主要是粉末固体渗铝。固体粉末法渗铝，由于渗铝件被渗剂包围，漏渗少，容易获得致密的渗层，且设备简单，易于操作，故获得广泛应用。固体粉末法渗铝获得的渗铝层组织和性能不仅与渗剂的成份有关，而且还与渗铝温度和保温时间以及被处理工件的化学成份有关。涂覆扩散渗铝是在工件表面热涂一层铝，再进行扩散退火。
三、结束语
NiAl基金属间化合物具有优异的高温性能，但室温脆性、低塑性以及断裂韧性使其一直没有发展成为具有广泛实用价值的高温结构材料。Ni-Al金属间化合物涂层的制备技术可以在充分发挥Ni-Al金属间化合物性能优势的同时，又为怎样克服这些缺点提供了方向。通过不断改良涂层制备工艺，改善涂层的综合力学性能，使得这类技术具有更加广泛的发展前景。
参考文献：
[1] K.Morsi. Review： reaction synthesis processing of Ni-A1 intermetallic materials.Materials Science and Engineering.A299（2001）1～15
[2]张永刚，韩雅芳，陈国良，郭建亭，万晓景，冯涤。金属间化合物结构材料[M]。北京：国防工业出版社，2001。1～56
[3]王智祥，林立杰。表面强化新技术在模具制造领域中的应用与进展[J]。模具工业，2004，281（7）：52～56
[4] 孙希泰等。材料表面强化技术[M]。北京：化学工业出版社，2005，277～359
[5]钱苗根，姚寿山，张少宗。现代表面技术[M]。北京：机械工业出版社，1999，25～185
[6]Moore.M.A.The relation ship between the abrasive wear resistance，hardness and
microstructure of ferritic materials[J].Wear 1974， 28（1）：59～68
[7]刘政军，陈宏，刘臣，苏允海，程江波，刘铎。耐磨堆焊材料的研制[J]。表面技术，2004，33（5）：60～62
[8]Narendra B.DAHOTRE，周贤全。激光表面处理工艺[J]。国外机车车辆工艺 ，2003，10～13
[9]Adrian Kempster.Recent developments in aluminium diffusion[J].Anti-Corrosion Methods and Materials，1998，45（2）：81～83
[10]Bahadur A，Sharma T L，Parida N，et al.Structure property correlation in Al-diffusion coated steels[J].Materials Science，l993，（28）：5175～5381
[11]黄志荣，徐宏，李培宁。加速固体粉末渗铝的两段法新工艺[J]。金属热处理，2004，29（4）：39～41
[12] 欧桃平，操光辉。Ni-Al 基涂层制备工艺及其抗氧化性能[J]。中国有色金属学报，2012，22（6）：1725～1730