TiAl合金与GH3039摩擦焊接界面组织（英文）

使用GH3039合金作为γ-TiAl与碳钢摩擦焊接的过渡第三体,采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析了TiAl/GH3039摩擦焊接接头的界面结构。结果表明,γ-TiAl和GH3039摩擦焊接接头的最大抗拉伸强度能达到400MPa以上。GH3039一侧热力影响区的塑性变形大于TiAl一侧,并且在两侧均发生动态再结晶。接近GH3039母材相层中的Ni含量几乎不变,接近TiAl母材相层中的Ti含量也几乎不变。在GH3039侧面附近的焊接区中,富Ni和富Cr晶粒的分布是互补的。Ti和Al容易溶于富Ni的晶粒中,而Mn容易溶于富Cr的晶粒中。在结合区中形成的大量富Cr晶粒是体心立方结构的α-Cr。γ-TiAl和GH3039摩擦焊接的典型界面结构为:γ-TiAl+α_2-Ti_3Al/α_2+τ_3/τ_3-Al_(1+x-y)Ti_(1+y)Ni_(1-x)/τ_3+α-Cr/(Ni,Cr)_(ss)/GH3039。     

Ni75Al15Mn10合金γ′相沉淀过程以及原子占位的微观相场模拟

基于微观相场模型和微观弹性理论,对Ni75Al15Mn10合金γ′相沉淀过程以及原子占位进行了原子层面的计算机模拟。结果表明:合金在1273K进行时效,沉淀早期先析出L10结构,之后随着有序度的增加,逐渐转变为L12结构;原子的有序化早于成分簇聚,γ′相的沉淀机制为等成分有序化+失稳分解的混合机制;γ′有序相的体积分数比γ无序相小,且γ′和γ相的体积分数比值约为60%;Al原子主要占据β格点(γ′相顶角位置),αⅡ和αⅠ格点主要由Mn原子占据,且在αⅡ格点占位几率高于αⅠ格点,Mn原子主要占据Ni位,形成的γ′相为单一的(Ni,Mn)3Al相。     

Ni75Al15Mn10合金γ'相沉淀过程以及原子占位的微观相场模拟

基于微观相场模型和微观弹性理论,对Ni75Al15Mn10合金γ’相沉淀过程以及原子占位进行了原子层面的计算机模拟.结果表明:合金在1273K进行时效,沉淀早期先析出L10结构,之后随着有序度的增加,逐渐转变为L12结构;原子的有序化早于成分簇聚,γ’相的沉淀机制为等成分有序化+失稳分解的混合机制;γ'有序相的体积分数比γ无序相小,且γ’和γ相的体积分数比值约为60％; Al原子主要占据β格点(γ’相顶角位置),αⅡ和αⅠ格点主要由Mn原子占据,且在aⅡ格点占位几率高于αⅠ格点,Mn原子主要占据Ni位,形成的γ’相为单一的(Ni,Mn)3Al相.     

RE(RE=Y,La,Ce,Lu)对TiAl性能影响的计算研究

基于密度泛函理论的第一性原理,探讨了稀土金属元素RE(RE=Y,La,Ce,Lu)合金化对TiAl力学性能的影响。通过计算TiAl合金形成能发现:富Al(Ti8Al7Al)晶体结构比富Ti(Ti_7Al_8Ti)晶体结构更稳定,稀土金属元素RE合金化TiAl合金晶体结构的能量比合金化前有所下降,合金化可提高体系的结构稳定性。通过态密度、Bander电荷密度等分析,发现稀土金属元素RE合金化提高TiAl力学性能的根本原因是:合金化元素RE的电子与周围的Ti原子产生了电荷转移,导致Ti原子失电子数增加,使Ti-Al之间离子性相互作用减弱,共价性相互作用增强,增加TiAl的结构稳定性。同时,RE合金化可降低TiAl合金体系的脆性,增加体系的韧性,其中作用效果从大到小依次是:YCeLaLu。     

多弧离子镀Cr_2O_3涂层对γ-TiAl抗氧化性能的影响

用多弧离子镀技术在γ-TiAl金属间化合物表面制备了Cr2O3涂层,用SEM/EDX线扫描分析等手段研究了该涂层在900℃下的循环氧化行为.结果表明,γ-TiAl表面沉积Cr2O3涂层后,明显提高了γ-TiAl的抗循环氧化能力;在氧化过程中TiAl/Cr2O3界面处的低氧压促进了Al的选择性氧化,在TiAl一侧生成了一层富Al氧化物,该层富Al氧化物较好地阻止了TiAl中Ti的外扩散,从而抑制了TiO2的生长.     

超细晶/纳米晶γ-TiAl基合金的流变行为研究

摘要：本文采用高能球磨及真空热压烧结方法制备超细晶/纳米晶双相γ-TiAl基合金。将Ti、Al、Nb单质粉末经25h高能球磨配制成名义成分为Ti-45Al-5Nb(at.%) 的纳米级混合粉末。球磨后的混合粉末经真空热压烧结（烧结温度1200℃,压力30MPa,保温保压1h）,原位合成Ti3Al 及γ-TiAl双相等轴状合金组织,烧结组织由小于500nm的等轴γ-TiAl相和纳米晶Ti3Al相组成。利用Gleeble-1500D对合金进行热压缩模拟实验,变形温度为1100℃-1200℃、应变速率10-4-10-2s-1,研究该合金压缩组织及流变行为。研究结果表明：与γ-TiAl合金微米级晶粒组织相比,超细等轴双相TiAl+Ti3Al组织明显降低了流变峰值应力,使其在2-2.5%应变量时就达到最大,流变应力随应变速率的降低和温度的升高而降低。同时建立流变应力本构方程,反映一定条件下流变过程中材料的结构特性。随温度升高γ相的孪生倾向显著增加,形变主要发生在基体γ-TiAl相中,晶界滑移、位错及孪晶为等轴双相γ-TiAl合金的高温形变机制,动态回复和再结晶为其软化制。     

掺V和Ag的TiAl合金中缺陷和电子密度的正电子湮没研究

测量了Ti50Al50，Ti50Al48V2，Ti50Al48Ag2合金和充分退火的Ti，Al，Ag，V金属的正电子寿命谱，利用正电子寿命参数分别计算了合金基体和缺陷态的自由电子密度。TiAl合金的脆性与其基体和晶界缺陷处的自由电子密度较低有关。在富Ti的TiAl合金中加入V，V原子比Al和Ti原子能提供较多的自由电子参与形成金属键，因而提高了合金基体和晶界缺陷处的自由电子密度；在TiAl合金中加入Ag也有类似的效应。在TiAl合金中加入V和Ag，有利于提高合金的韧性。     

Ni75Al25-xFex合金中γ'相原子占位的微观相场模拟

采用三元微观离散格点形式的相场模型,对Ni75Al25-xFex合金γ'相的原子占位、浓度和长程序参数等进行了模拟计算.结果表明:γ'相沉淀析出为等成分有序化兼失稳分解机制;在γ'相内,随Fe含量的增加,Fe原子在β位的占位呈明显的上升趋势,Al原子反之,且发现有少量Ni原子占据β位.另一方面,在α格点,Fe原子的占位只呈现略微的增长,Al原子几乎不变,而Ni原子则略微下降:β位主要由Al,Fe原子共同占据,形成的γ'相是Ni3(AlFe)单相.     

Ni75Al25-xFex合金中γ′相原子占位的微观相场模拟

采用三元微观离散格点形式的相场模型,对Ni75Al25-xFex合金γ′相的原子占位、浓度和长程序参数等进行了模拟计算。结果表明：γ′相沉淀析出为等成分有序化兼失稳分解机制;在γ′相内,随Fe含量的增加,Fe原子在β位的占位呈明显的上升趋势,Al原子反之,且发现有少量Ni原子占据β位。另一方面,在α格点,Fe原子的占位只呈现略微的增长,Al原子几乎不变,而Ni原子则略微下降;β位主要由Al,Fe原子共同占据,形成的γ′相是Ni3（AlFe）单相。     

Ti-Al-C体系的原位反应过程研究

以Ti、Al、C粉为组元,采用热压工艺合成TiC+Ti2AlC增强γ-TiAl+α2-Ti3Al合金。在不同温度时,通过X射线衍射分析了相组成,并讨论了体系的反应过程。结果表明,当合成温度为1 000℃时,产物中含有TiC和γ-TiAl+α2-Ti3Al相。继续升高热压温度后,形成了另一种增强相Ti2AlC。对反应过程分析表明,在Ti-Al-C体系中,TiC相是最稳定的中间相,亦是合成Ti2AlC相的前提。温度升高后,将有利于TiC相向Ti2AlC相转变。     

外层对势对Ni75Al15Cr10合金Cr替代行为影响的微观相场研究

通过微观相场方法研究了Ni75Al15Cr10合金第三,四层原子间对势对γ'相中Cr原子替代行为的影响.结果表明:从γ'相的Al、Cr原子长程序参数的演化可以看出,Cr的长程有序度小于1,Cr原子对Al,Ni均有替代,且第三层与第四层原子间对势对Cr原子在γ'相中的饱和溶解度趋势的影响相反.而第三层Ni-Al、Ni-Cr对势增大,使Cr占据α亚格点位置的几率减小,β格点位置的几率增大,第四层Ni-Al、Ni-Cr对势的作用与之相反,而Al-Cr第三层对势的增大使Cr占据2种亚格点位置的几率均有所增大,第四层Al-Cr对势的增大使Cr占据α格点位置的几率减小,占据β格点位置的几率增大.     

热处理对γ-TiAl合金中Gd化合物的影响研究

针对含0.15%（原子分数）稀土元素Gd的变形γ-TiAl合金,研究1 300℃/0.5h/空冷热处理前后稀土化合物种类、形态和分布变化。变形γ-TiAl合金中存在两种稀土化合物,分别是富Al元素的Al-Gd化合物和富O元素的O-Gd化合物。在热处理过程中Al元素向Al-Gd化合物边缘扩散,基体的Ti、O元素向Al-Gd化合物扩散,因此部分Al-Gd化合物转变为由Al-Gd包围O-Gd的包裹状化合物。热处理后,Al-Gd化合物球化、尺寸减小、数量减少,体积分数由2.78%减少至1.13%,O-Gd化合物数量增加但形貌基本不变。     

箔冶金法制备γ-TiAl基波纹板(英文)

用热压逐层叠置的Ti/Al箔的方法制备具有全片层结构的γ-TiAl波纹板。热处理工艺为640°C,15h+850°C,35h+1350°C,2h。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析热处理过程中产生的金属间化合物相。在Al箔完全消耗之前,Ti/Al界面仅有TiAl3相生成。在850°C热压35h后,基体由α-Ti,α2-Ti3Al,γ-TiAl和TiAl2相组成。冷却得到全片层结构,大部分片层与板面的夹角小于30°。采用较薄的原料箔可以获得相对细小的微观组织。     

Ta和Mo点位偏好对Co-Al-W合金γ′相的影响

为了研究Ta元素和Mo元素合金化对Co-Al-W基高温合金γ′相强度和形貌的影响，构建γ′-L12超胞结构，对其六个非等效点位进行掺杂计算，分析能量结构和力学性能；并制备Co-8.8Al-9.8W-2X(X=Ta, Mo)合金，对合金进行5%和10%的压缩变形，使用透射电镜（TEM）技术对合金γ′相形貌和位错形态进行分析。结果表明:Ta原子掺杂时优先占据Al2位置，Mo原子掺杂时优先占据W6位置，Ta原子占据Al2位置会使得γ′-L12掺杂结构的强度以及组织稳定性升高，Mo原子在W6位置的掺杂则效果相反；由于在合金化时Ta原子优先占据在Al2位置，导致了γ′相强度升高，2Ta合金在进行压缩变形时γ′相形貌可以保持为立方状，位错对γ′相的切割破坏较为有限，而2Mo合金由于Mo原子优先占据W6位置导致γ′相强度降低，进行压缩变形时γ′相形貌由立方状转变为筏排状，位错对γ′相的破坏较为严重。     

反应扩散连接高铌TiAl合金(英文)

采用Al箔作中间层在1200℃/2 h条件下通过反应扩散连接成功实现了高铌TiAl合金(TAN)的焊接,深入研究了接头的界面微观组织结构和连接机理。结果表明:连接过程中Al箔熔化成液相后与高铌TiAl反应在接头中形成了连续的TiAl3化合物层;在高温扩散作用下,TiAl3化合物逐渐转变为γ-TiAl相;最后经焊后热处理形成了γ+α2层片组织。另外,当直接采用高铌TiAl合金的热处理工艺进行焊接时,亦可以获得具有层片组织的接头。     

新型Ni-Co基高温合金中平衡析出相的热力学研究

利用热力学计算软件JMatPro和相应的镍基高温合金数据库,研究了U720Li合金以及在此基础上研发的新型Ni-Co基高温合金的化学成分对平衡相的析出行为、加工性能和γ/γ′晶格错配度的影响.结果表明:Ti/Al值(原子比)的增加提高了合金中γ/γ′相的晶格错配度,γ′析出相的含量随Ti+Al含量(原子分数)的增加而增加.因此,增加Ti/Al值和Ti+Al含量能提高合金的高温强度.Co含量的升高可以拓宽合金的加工窗口,改善合金的加工能力,并且还可以增加合金γ/γ′相的晶格错配度,提高合金错配强化的效果.同时,Ti/Al值的增加促进合金中η相析出,而Co含量的增加具有抑制η相的效果.因此,在Co含量较高的Ni-Co基高温合金中,适当提高Ti含量,增加Ti/Al值对提高合金高温强度有利.     

Reaction-Diffusion Bonding of High Nb Containing TiAl Alloy

采用Al箔作中间层在1200℃/2 h条件下通过反应扩散连接成功实现了高铌TiAl合金(TAN)的焊接,深入研究了接头的界面微观组织结构和连接机理。结果表明:连接过程中Al箔熔化成液相后与高铌TiAl反应在接头中形成了连续的TiAl3化合物层;在高温扩散作用下,TiAl3化合物逐渐转变为γ-TiAl相;最后经焊后热处理形成了γ+α2层片组织。另外,当直接采用高铌TiAl合金的热处理工艺进行焊接时,亦可以获得具有层片组织的接头。     

Mo掺杂对TiAl合金物性影响的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了金属元素Mo掺杂对TiAl合金体系力学性能的影响。根据计算得到的不同浓度掺杂体系的晶格常数、弹性常数、体弹模量及剪切模量发现,Mo掺杂能较好地改善TiAl合金的延性。从Mo掺杂后TiAl体系的分波电子态密度和电荷密度图,发现Ti原子的s、p、d电子均与邻近的Mo原子发生强烈的s-s、p-p、d-d电子相互作用,有效地束缚了合金中Ti和Al原子的迁移,有助于提高合金的稳定性和强度。     

γ-TiAl合金表面辉光等离子渗Cr层的组织与性能

利用双层辉光等离子表面渗金属技术(DGPSAT)在γ-Tial合金表面进行等离子渗Cr处理,采用OM、SEM、EDS和XRD分析了渗Cr合金层的显微组织、化学成分及其相组成,并测试了其显微硬度分布和耐磨性.结果表明,γ-TiAl合金经双层辉光等离子渗Cr处理后,其表面形成以Al8Cr5、TiAl、Ti3Al、Cr等相组成的合金层,有效厚度约为35μm,渗层与基体结合牢固;渗Cr层组织成分及其横截面显微硬度由表及里均呈梯度分布;其摩擦磨损性能亦得到提高.     

复合溶胶-凝胶法制备TiAl合金表面防护涂层

采用复合溶胶-凝胶法在γ-TiAl合金表面制备一种致密均匀的新型复合陶瓷涂层.通过1 000 ℃等温氧化和循环氧化实验研究涂层对γ-TiAl基体高温氧化行为的影响,并初步探讨涂层的抗氧化机制,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)分析涂层氧化产物的表面形貌、组织结构及相组成.结果表明:涂层对TiAl基体具有良好的高温防护作用,能显著降低TiAl合金的高温氧化速率;涂层氧化产物Y3Al5O12和Y2(Ti2O7)的热膨胀系数与TiAl基体的非常接近,提高涂层和基体之间的相容性,从而避免涂层在氧化过程中的剥落.BSE和EDS分析表明,在涂层与基体界面处形成一层致密的Al2O3保护膜,有效地防止合金基体的高温氧化.