镍基合金是高温合金中应用范围最为广泛的一种合金，特别是在航空航天领域和国防领域，例如航空发动机、导弹等尖端设备的研制，占有重要地位。由于镍基合金中可以溶解多种合金元素，且能保持较好的组织稳定性，这为其性能的改善提供了许多途径。科技的发展对镍基高温合金提出了更高的要求，为满足市场需求，必须对镍基高温合金加快研究，提高其综合性能。合金化优化设计就是这个研发工作中一个重点。
一、固溶强化
对镍基高温合金性能强化的主要手段是添加适量的固溶强化元素。固溶强化型合金有着优良的抗氧化和抗疲劳性能，同时还有较好的可塑性;其最突出的优点是组织稳定性。基于这些特性，镍基高温合金可用于生产工作温度较高的金属零部件，如发动机的扇叶。镍的原子半径和钨、钼等合金元素的原子半径接近，基于这些特性，可使镍同时溶解大量的钨、钼和钴等合金元素，却不会出现新的相。研究表明，常见金属的固溶温度范围一般在1050～1560℃之间。美国研制出一种性能优良的固溶强化型合金——镍基变形高温合金Haynes280，这种合金在1400℃的高温时，强度可达165MPa、延伸率可达87%。其主要是因为在合金中加入了难熔金属元素，例如钨和铬等元素;同时在研制过程中添加少量的碳元素以形成碳化物，达到阻碍晶粒长大和强化晶界的作用。
研究还表明，通过加入大量的钼等难熔金属元素，可以提高合金的强度;通过加入钌元素可以提高合金的组织稳定性;通过加入一定数量的钨等难熔金属，可以在一定情况下提高合金的抗腐蚀性能;通过添加一定量的稀土可以极大地改善抗氧化腐蚀的性能。
二、沉淀强化和弥散强化
对镍基高温合金添加一定量的沉淀强化元素可以使合金在时效时析出γ'-Ni3(Al,Ti))相，大大提高金属的强度。但是在高温工作条件下，析出相容易聚集长大，有的还会重新固溶于基体中，从而降低高温强度。近年来氧化物弥散强化的镍基高温合金得到重视。这类合金通常采用机械合金化工艺，获得超细的(小于50nm)在高温下稳定的氧化物均匀分散于合金基体中的显微组织。其合金强度在接近合金本身熔点的条件下仍可维持，具有优良的高温蠕变性能、优越的高温抗氧化性能及抗碳、硫腐蚀性能。目前已实现商业化生产的主要有三种氧化物弥散强化的镍基高温合金：MA956合金在氧化气氛下使用温度可达1350℃，居高温合金抗氧化、抗碳、硫腐蚀之首位，可用于航空发动机燃烧室内衬。MA754合金在氧化气氛下使用温度可达1250℃并保持相当高的高温强度、耐中碱玻璃腐蚀，现已用于制作航空发动机导向器蓖齿环和导向叶片。MA6000合金在1100℃拉伸强度为222MPa，屈服强度为192MPa;1100℃/1000小时持久强度为127MPa，居高温合金之首位，可用于航空发动机叶片。
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