金属化合物（用于制造合金等的化合物）
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更新时间：2023-05-20
金属化合物
用于制造合金等的化合物
金属化合物，是指合金中的两个元素，按一定的原子数量之比相互化合，而形成的具有与这两元素完全不同类型晶格的化合物。金属化合物晶格一般比较复杂。通常它们具有高的硬度、熔点和脆性，因此，不能直接使用。金属化合物在合金中一般起强化作用。
介绍
理论基础
结构
当形成合金的元素其电子层结构、原子半径和晶体类型相差较大时，易形成金属化合物（又称金属互化物）。金属化合物的晶体类型不同于它的分组金属，自成新相。金属化合物合金的结构类型丰富多样，有20000种以上，不胜枚举，有的结构可找到离子晶体或共价晶体的相关型，有的则是独特的结构类型，如NaTl晶胞是CsCl晶胞的8倍超构；MgCu是所谓拉维斯相（Laves phase）的一个例子；CaCu是层状结构的例子；NbSn结构是重要的合金超导体，同型化合物NbGe适用于高分辨核磁共振仪；MoAl是具有复杂配位结构的例子。金属化合物的种类很多，其晶格类型有简单的，也有复杂的，根据化合物结构的特点，可以分为以下三类：（1）正常价化合物：（2）电子化合物；（3）间隙化合物。
组成规律
金属化合物的组成十分复杂，仍有许多规律属未知领域，已归纳出规律的有两类：其一是按相当于金属与非金属化合的化合价组成，如：Mg2Sn和Mg2Pb,可按周期系“族价”，即Mg是二价元素，Sn、Pb是四价元素来理解。另一类是所谓的电子化合物（electron compounds）其组成决定于两种金属的电子数和原子数之比，但电子化合物组成元素的“电子数”的计数不同寻常，也有争论，被比较普遍接受的规律为：周期系Ⅷ族元素Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir和Pt的“电子数”为零，ⅠB族Cu、Ag、Au为1，ⅡB族Zn、Cd、Hg及ⅡA族Be、Mg为2，ⅢA族Al、In、Ga为3，ⅣA族Si、Ge、Sn、Pb为4，等等，而电子数与原子数之比有三种基本类型：3：2，21：13和7：4，由此可以理解如CuZn、AgAl、CuAl、CuSn等等金属化合物的组成。上述三类电子化合物各具有特定结构，分别称为β，γ和ε相。例如，CuZn是21：13型电子化合物，是一种很大的立方晶胞，含52个原子，被称为γ—黄铜型结构，许多化学式原子总数为13的倍数的电子化合物具有此结构，如FeZn、CuSn等等。γ和ε相结构从略。
热处理
热处理的目的在于获得某种有序结构，以改善其塑性和韧性。主要有如下几种处理方式。
（1）高温均匀化退火铸态下的金属间化合物一般存在着成分偏析和铸造应力，高温均匀化退火就是要消除铸造应力并使合金元素进一步扩散均匀，为下一步处理奠定良好的基础，该种处理一般在1000℃以上要持续十几个小时。
（2）油淬为了增加金属化合物的室温韧性，常常将其加热到晶形转变或相变温度，然后放入油中进行淬火处理，如对Fe-Al金属间化合物的典型处理工艺为：加热至1000℃，保温5h，然后置入700℃油中冷却详见参考文献。
（3）形变热处理这是目前为增加金属化合物韧性而进行的最有效的处理方式，主要是通过锻造、轧制、挤压等热形变处理，使其组织结构发生有利于增加韧性的方向转变，典型工艺见文献。
金属化合物的室温脆性问题一直是困扰这类材料应用的一个问题。同一成分的合金，由于加工方法不同及工艺参数的改变，最终的显微组织和力学性能可能相差甚远，在金属间化合物的制备中广泛采用了热机械处理工艺，采用这种方法能够得到一般加工处理所达不到的高强度与高塑性良好配合的产品。
发展与应用
在金属材料中，金属化合物一直用作金属基体的强化相。人们通过改变金属间化合物的种类、分布、析出状态以及相对含量等来达到控制基体材料性能的目的。由于具有许多独特的性能，金属间化合物本身作为一类新型材料正得到日益广泛的研究和开发。金属间化合物由于具有耐高温、抗腐蚀的性能，成为航空、航天、交通运输、化工、机械等许多工业部门重要结构材料；由于其具有声、光、电、磁等特殊物理性能，可作为半导体、磁性、储氢、超导等方面功能材料。特别是用作高温结构材料的有序金属间化合物，具有许多良好的力学性能和抗氧化、耐腐蚀以及比强度高等特性，由于其原子的长程有序排列和原子间金属键和共价键的共存，使其有可能兼具金属的塑性和陶瓷的高温强度，因而极具应用前景。
然而，金属化合物的脆性妨碍了它的应用。直到80年代初，金属间化合物韧化研究取得两大突破性进展，一是日本材料科学研究所的和泉修等在脆性的多晶NiAl中加入了质量分数为0.02%～0.05%的B，使材料韧化，室温拉伸伸长率从近于0提高到40%～50%；二是美国橡树岭国家实验室发现了无塑性的六方D019结构的CoV中，用Ni、Fe代管部分Co，可使其转变成面心立方的L12结构，脆性材料变成具有良好塑性的材料。这些进展使人们看到了金属间化合物高温结构材料的希望和前景，在世界范围内掀起一个研究热潮。
目前作为高温结构材料的有序金属间化合物，在国内外进行重点研究并取得重大进展的主要为Ni-Al、Ti-Al以及Fe-Al三个体系的AB和AB型铝化物。
