Ni基高温合金因其在高温下具有较高的高温强度和良好的抗蠕变性能,长期主导着航空航天和能源领域中关键高温结构材料的部件。这主要是因为Ni基高温合金中的强化机制为γ/γ′两相共格强化。但是,Ni基高温合金经过数十年来渐进式的高温性能改进后其工作温度已经达到了理论上的极限值。2006年,在Co-A l-W合金中发现了类似于Ni基高温合金中γ/γ′两相微观组织结构,并且合金的固、液相线温度较Ni基高温合金高50~100℃。因此,通过在传统钴基合金中引入γ/γ′两相强化机制,使其获得比Ni基合金更高的使用温度是钴基高温合金发展的趋势之一。然而,在发展Co-Al-W合金过程中,诸如提高γ′相溶解温度(理想的温度为1300℃),使合金在长时高温工作条件并能保持稳定的γ/γ′两相结构,γ′强化相保持较高的体积分数(50~70%之间)等问题是面临的亟待解决的问题。基于此,本文在课题组对Co-Al-W三元合金已有研究的基础上,主要开展了如下工作:(1)通过在Co-8.8Al-9.8W三元合金体系中添加含量为2at.%的Ni、Nb、Ta、Ti和Mo合金元素,研究了5种合金元素对合金显微组织及相转变温度的影响。结果表明:除了2Ti合金外,其它合金铸态组织均出现了晶间相,且晶间相的形貌和成分因加入元素的不同而有差异。对经过固溶时效处理后5种合金的DTA测试结果表明,N b、Ta和Ti元素均提高了C o-8.8A l-9.8W合金中γ′相的稳定性,而且Ta的稳定效果最为显著;Ni和Mo元素的加入降低了γ′相的溶解温度和稳定性。5种合金的微观组织均为γ/γ′两相组织,除Ni和Mo元素外,其它3种元素并没有明显改变合金中γ′强化相的立方形貌。此外,Ni与Mo元素使得合金中γ′相的体积分数减少,且Ni减少的程度较为明显;而Nb、Ta和Ti元素增加了γ′相的体积分数。当5种合金在900℃下时效处理时间由50h增加至100h时,合金中出现了不同形态的二次析出相,这些相的析出降低了合金组织的稳定性。(2)研究镍含量(5%、15%、25%和35%,at.%)对Co-8.8Al-9.8W合金时效组织演变及γ′强化相溶解行为的影响时发现,Ni含量增加,合金中γ′相溶解温度出现不同程度的提高,γ′相的体积分数逐渐增加。当Co-8.8Al-9.8W合金中Ni添加量为25%时,γ′强化相的溶解温度达到了1100℃。但合金固相线温度和γ′相的形状未发生明显变化。4种不同镍含量合金经900℃/50h热处理后,基体均为典型的γ/γ′两相组织。经900℃/100h热处理后,γ′相的体积分数出现不同程度的降低,且γ′相发生了明显的粗化。对4种合金900℃,50h和100h的显微硬度测量结果表明,当Ni含量由5%升高至15%时,合金显微硬度升高;当Ni含量继续增加时,合金的显微硬度却降低。合金的时效处理时间由50 h延长至100 h时,γ′相的体积分数减少并伴随着γ′相的粗化,导致合金的显微硬度降低。