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金屬化合物
用于制造合金等的化合物
金屬化合物，是指合金中的兩個(gè)元素，按一定的原子數量之比相互化合，而形成的具有與這兩元素完全不同類(lèi)型晶格的化合物。金屬化合物晶格一般比較復雜。通常它們具有高的硬度、熔點(diǎn)和脆性，因此，不能直接使用。金屬化合物在合金中一般起強化作用。
介紹
各種元素發(fā)生相互作用而形成一種具有金屬特性的物質(zhì)稱(chēng)為金屬化合物。金屬化合物的組成一般可用化學(xué)式表示。金屬化合物的晶格類(lèi)型不同于任一組元，一般具有復雜的晶格結構。其性能特點(diǎn)是熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大。當合金中出現金屬化合物時(shí)，通常能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韌性會(huì )降低。金屬化合物是許多合金的重要組成相。
理論基礎
結構
當形成合金的元素其電子層結構、原子半徑和晶體類(lèi)型相差較大時(shí)，易形成金屬化合物（又稱(chēng)金屬互化物）。金屬化合物的晶體類(lèi)型不同于它的分組金屬，自成新相。金屬化合物合金的結構類(lèi)型豐富多樣，有20000種以上，不勝枚舉，有的結構可找到離子晶體或共價(jià)晶體的相關(guān)型，有的則是獨特的結構類(lèi)型，如NaTl晶胞是CsCl晶胞的8倍超構；MgCu是所謂拉維斯相（Laves phase）的一個(gè)例子；CaCu是層狀結構的例子；NbSn結構是重要的合金超導體，同型化合物NbGe適用于高分辨核磁共振儀；MoAl是具有復雜配位結構的例子。金屬化合物的種類(lèi)很多，其晶格類(lèi)型有簡(jiǎn)單的，也有復雜的，根據化合物結構的特點(diǎn)，可以分為以下三類(lèi)：（1）正常價(jià)化合物：（2）電子化合物；（3）間隙化合物。
組成規律
金屬化合物的組成十分復雜，仍有許多規律屬未知領(lǐng)域，已歸納出規律的有兩類(lèi)：其一是按相當于金屬與非金屬化合的化合價(jià)組成，如：Mg2Sn和Mg2Pb,可按周期系“族價(jià)”，即Mg是二價(jià)元素，Sn、Pb是四價(jià)元素來(lái)理解。另一類(lèi)是所謂的電子化合物（electron compounds）其組成決定于兩種金屬的電子數和原子數之比，但電子化合物組成元素的“電子數”的計數不同尋常，也有爭論，被比較普遍接受的規律為：周期系Ⅷ族元素Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir和Pt的“電子數”為零，ⅠB族Cu、Ag、Au為1，ⅡB族Zn、Cd、Hg及ⅡA族Be、Mg為2，ⅢA族Al、In、Ga為3，ⅣA族Si、Ge、Sn、Pb為4，等等，而電子數與原子數之比有三種基本類(lèi)型：3：2，21：13和7：4，由此可以理解如CuZn、AgAl、CuAl、CuSn等等金屬化合物的組成。上述三類(lèi)電子化合物各具有特定結構，分別稱(chēng)為β，γ和ε相。例如，CuZn是21：13型電子化合物，是一種很大的立方晶胞，含52個(gè)原子，被稱(chēng)為γ—黃銅型結構，許多化學(xué)式原子總數為13的倍數的電子化合物具有此結構，如FeZn、CuSn等等。γ和ε相結構從略。
熱處理
熱處理的目的在于獲得某種有序結構，以改善其塑性和韌性。主要有如下幾種處理方式。
（1）高溫均勻化退火鑄態(tài)下的金屬間化合物一般存在著(zhù)成分偏析和鑄造應力，高溫均勻化退火就是要消除鑄造應力并使合金元素進(jìn)一步擴散均勻，為下一步處理奠定良好的基礎，該種處理一般在1000℃以上要持續十幾個(gè)小時(shí)。
（2）油淬為了增加金屬化合物的室溫韌性，常常將其加熱到晶形轉變或相變溫度，然后放入油中進(jìn)行淬火處理，如對Fe-Al金屬間化合物的典型處理工藝為：加熱至1000℃，保溫5h，然后置入700℃油中冷卻詳見(jiàn)參考文獻。
（3）形變熱處理這是目前為增加金屬化合物韌性而進(jìn)行的最有效的處理方式，主要是通過(guò)鍛造、軋制、擠壓等熱形變處理，使其組織結構發(fā)生有利于增加韌性的方向轉變，典型工藝見(jiàn)文獻。
金屬化合物的室溫脆性問(wèn)題一直是困擾這類(lèi)材料應用的一個(gè)問(wèn)題。同一成分的合金，由于加工方法不同及工藝參數的改變，最終的顯微組織和力學(xué)性能可能相差甚遠，在金屬間化合物的制備中廣泛采用了熱機械處理工藝，采用這種方法能夠得到一般加工處理所達不到的高強度與高塑性良好配合的產(chǎn)品。
發(fā)展與應用
在金屬材料中，金屬化合物一直用作金屬基體的強化相。人們通過(guò)改變金屬間化合物的種類(lèi)、分布、析出狀態(tài)以及相對含量等來(lái)達到控制基體材料性能的目的。由于具有許多獨特的性能，金屬間化合物本身作為一類(lèi)新型材料正得到日益廣泛的研究和開(kāi)發(fā)。金屬間化合物由于具有耐高溫、抗腐蝕的性能，成為航空、航天、交通運輸、化工、機械等許多工業(yè)部門(mén)重要結構材料；由于其具有聲、光、電、磁等特殊物理性能，可作為半導體、磁性、儲氫、超導等方面功能材料。特別是用作高溫結構材料的有序金屬間化合物，具有許多良好的力學(xué)性能和抗氧化、耐腐蝕以及比強度高等特性，由于其原子的長(cháng)程有序排列和原子間金屬鍵和共價(jià)鍵的共存，使其有可能兼具金屬的塑性和陶瓷的高溫強度，因而極具應用前景。
然而，金屬化合物的脆性妨礙了它的應用。直到80年代初，金屬間化合物韌化研究取得兩大突破性進(jìn)展，一是日本材料科學(xué)研究所的和泉修等在脆性的多晶NiAl中加入了質(zhì)量分數為0.02%～0.05%的B，使材料韌化，室溫拉伸伸長(cháng)率從近于0提高到40%～50%；二是美國橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室發(fā)現了無(wú)塑性的六方D019結構的CoV中，用Ni、Fe代管部分Co，可使其轉變成面心立方的L12結構，脆性材料變成具有良好塑性的材料。這些進(jìn)展使人們看到了金屬間化合物高溫結構材料的希望和前景，在世界范圍內掀起一個(gè)研究熱潮。
目前作為高溫結構材料的有序金屬間化合物，在國內外進(jìn)行重點(diǎn)研究并取得重大進(jìn)展的主要為Ni-Al、Ti-Al以及Fe-Al三個(gè)體系的AB和AB型鋁化物。
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