鎳基粉末高溫合金自上世紀(jì)60年代誕生以來，國際上已經(jīng)歷了3代粉末高溫合金的研制。我國研制的第1代粉末高溫合金最高使用溫度為650℃，第2代最高使用溫度為750℃，現(xiàn)在正在向使用溫度為750~800℃的第3代粉末高溫合金進(jìn)軍。

總體而言，第3代粉末高溫合金的合金化程度更高，元素的添加比例更合理，從而使合金的性能有全面的提高。從目前研發(fā)情況看，對第3代粉末高溫合金的成分設(shè)計主要基于以下一些考慮：

1．增Co降Cr趨勢。Co和Cr是固溶強(qiáng)化的主要元素，兩者添加量一般都超過10%。Co能與Ni形成連續(xù)置換固溶體而變成(Ni,Co)3(Al,Ti)，可以提高合金的高溫性能；Co降低了基體的堆垛層錯能，降低Al、Ti在基體中的溶解度，從而在一定范圍內(nèi)增加γ′相數(shù)量和提高γ′相固溶溫度，從而提高合金的蠕變抗力。因此，第3代合金通常添加更多量Co(一般≥15%)。Cr主要固溶強(qiáng)化γ基體，但Cr的高溫強(qiáng)化效果遠(yuǎn)低于W，Mo等難熔元素，故要進(jìn)一步提高合金的高溫強(qiáng)度，就要降低Cr量并增加難熔元素的含量。同時，Cr高溫下有促使σ相形成的傾向。因此，增Co降Cr是新型高性能粉末高溫合金成分設(shè)計的一個趨勢。

2．優(yōu)化W，Mo含量。W，Mo是鎳基粉末高溫合金的固溶強(qiáng)化元素，它們在γ相中有較大的固溶度。Mo會引起γ相的點(diǎn)陣常數(shù)和彈性模量的變化，導(dǎo)致明顯的固溶強(qiáng)化效果。W可顯著提高合金的蠕變強(qiáng)度。W和Mo還能減緩Al，Ti，Cr的高溫擴(kuò)散速度，增加蠕變的擴(kuò)散激活能，減緩高溫合金的蠕變軟化速度。但是，過高的W和Mo會促進(jìn)TCP相(μ相)的形成。因此，Mo，W的最佳添加量和相對比例是新型高性能粉末高溫合金成分優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵之一。

3．減小γ′相的點(diǎn)陣錯配度。點(diǎn)陣錯配度可引起共格應(yīng)力強(qiáng)化效應(yīng)，但其作用主要在650~700℃以下有效，而在高溫下，半共格界面會改變?yōu)槲诲e型界面結(jié)構(gòu)而松弛彈性應(yīng)力；同時，點(diǎn)陣錯配度大的γ′相不穩(wěn)定，易于聚集長大。對于高于750℃溫度下使用的高溫合金，γ′相與γ相的點(diǎn)陣常數(shù)差越小，γ′相越穩(wěn)定、越難長大，合金才有更好的高溫強(qiáng)度。Nb，Ta會增大兩相的點(diǎn)陣錯配度，Cr，Co，Mo，W和低Ti/Al比均可減少錯配度。新型高性能粉末高溫合金成分設(shè)計需要通過調(diào)節(jié)合金元素含量以獲得較小的點(diǎn)陣錯配度。

4．進(jìn)一步強(qiáng)化晶界。晶界作為高溫合金的薄弱環(huán)節(jié)，一直都是合金設(shè)計中的重點(diǎn)考慮環(huán)節(jié)。C，B和Zr，這些晶界微量元素偏聚到晶界處，可提高晶間結(jié)合力，強(qiáng)化晶界，從而提高合金的蠕變強(qiáng)度、塑性和低周循環(huán)疲勞壽命。C的有利作用是在晶界析出鏈狀、斷續(xù)碳化物來強(qiáng)化晶界；B則在晶界偏聚造成局部合金化，強(qiáng)烈改變晶界狀態(tài)，降低元素在晶界的擴(kuò)散速度而強(qiáng)化晶界。然而，當(dāng)這些元素添加過量時，會促進(jìn)碳硼化物的析出，對合金性能不利。(一員)