第４３卷，第７期光谱学与光谱分析Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．７，ｐｐ２１１２－２１１８２０２３年７月ＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＳｐｅｃｔｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓＪｕｌｙ，２０２３基于微束Ｘ射线荧光光谱的单晶叶片枝晶成分分布定量统计研究周晴晴１，李冬玲１，２，蒋立武１，３＊，万卫浩１，曾强４，薛鑫４，王海舟１，２＊１．钢研纳克检测技术股份有限公司，北京１０００８１２．钢铁研究总院有限公司，北京１０００８１３．北京科技大学国家材料服役安全科学中心，北京１０００８３４．钢铁研究总院高温材料研究所，北京１０００８１摘要镍基单晶高温合金是含有１０～１５种元素的复杂合金，具备优良的高温强度和耐腐蚀性。目前，先进燃气涡轮发动机的涡轮部件几乎都采用空心结构的单晶叶片。叶片服役过程中要承受超过其熔化温度数百摄氏度的高温和巨大离心应力，是工况条件最为恶劣的航空零件，被誉为“工业王冠上的明珠”，研制发展更耐高温的叶片材料以及改进叶片的冷却技术是提高涡轮进口温度的关键手段。新一代的单晶叶片中添加大量难熔元素（如Ｔａ，Ｗ和Ｒｅ等）用来提高承温能力，但这些元素在凝固过程中存在严重的枝晶偏析，导致组织内成分分布不均匀。通常采用复杂的多级热处理来溶解非平衡组织，减小偏析。枝晶间成分的详细表征对优化热处理工艺和叶片设计具有重要的意义。微束Ｘ射线荧光光谱是一种无损检测技术，制样简单，无需镀导电膜，可对样品进行多元素同时检测，多用于生物和考古领域，定量表征成分复杂的金属材料存在一定困难，应用案例较少。单晶高温合金具有特殊的十字枝晶组织，尺寸约为几百微米，微束Ｘ射线荧光光谱可以满足单晶叶片枝晶成分的详细表征和大区域面积的成分分布定量统计需求。本实验基于微束Ｘ射线荧光光谱技术，建立了镍基单晶高温合金枝晶成分定量统计分布表征方法，并应用于新型单晶涡轮叶片的全域枝晶组织成分定量分布表征，探讨了单晶涡轮叶片叶冠到榫头的成分演变规律，获得了不同部位主元素的一次偏析比和二次偏析比。结果表明，Ｒｅ，Ｗ和Ｔａ元素偏析严重，随着叶片截面尺寸的增加及与冷却铜盘距离的增加，叶片叶冠到榫头各元素的偏析程度降低；Ｃｒ，Ｃｏ和Ｍｏ元素偏析比接近于１，偏析变化不明显，分布较均匀。通过对单晶叶片枝晶成分的定量统计解析，获得了单晶叶片成分的演变规律，为叶片的设计和凝固工艺的改进提供数据支撑。关键词单晶高温合金；涡轮叶片；微束Ｘ射线荧光光谱；...
