用XRD表征单晶高温合金的表面应变应力状态

燃气轮机叶片在运行过程中暴露在高温燃烧气体中，通过镍基单晶高温合金的精密铸造工艺制成。应力导致表面再结晶、热障涂层（TBC）分离和疲劳裂纹形核，这些都对叶片不利。因此，评估表面应变/应力状态非常重要。

Haodong Duan等人^[1]旨在使用X射线衍射（XRD）方法测定镍基单晶（SC）高温合金在固溶温度下经历两种不同冷却速率的表面应变/应力状态。确定了法向应力σ^s₁₁和σ^s₂₂，然后从中导出Von Mises应力（σ^s_{V M}）。

采用场发射枪扫描电子显微镜（FEG-SEM）和透射电子显微镜（TEM）显微照片来说明应变/应力状态的变化。用硅多晶粉对衍射仪进行标定。入射波长(Cu Ka1)为1.54 A，光束尺寸为Φ 5 mm。用Sola狭缝(SL1和SL2)代替发散狭缝，得到平行光源，提高了信噪比。

对于镍基SC高温合金，x射线衍射的穿透深度仅为10 ~ 15 um。在测定应变/应力之前必须进行电化学抛光，以消除磨削的影响。最终电解深度可达100um。在极图上记录了6个{331}反射和2个{004}反射衍射位置，其固定值为2θ角。

然后，针对每个最大强度对所有位置进行细化。在此步骤中，使用伪voigt或高斯函数拟合强度曲线以获得强度最大值对应的位置。最后实现θ-2θ扫描记录衍射峰。

通过上述测量，最终可以得到用于计算应变/应力张量的晶体取向和相关的d间距。实验结果表明在较慢的冷却速率下，γ相中次级γ'相的沉淀和相间位错的形成导致γ相晶格畸变增加，因此与较快的冷却样品相比，γ相的σ^s_{V M}更大。对于这两种冷却模式，发现γ'相的σ^s_{V M}在老化过程中由于γ'相生长而增加。

[1] Duan, H.; Qin, L.; Pei, Y.; Li, S.; Zhao, L.-D.; Ji, V.; Gong, S. Investigations into the Surface Strain/Stress State in a Single-Crystal Superalloy via XRD Characterization. Metals 2018, 8, 376. https://doi.org/10.3390/met8060376.

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