TiAl/Ti/Nb/GH99扩散连接接头的界面组织结构及接头强度

采用Ti/Nb复合中间层对TiAl与镍基高温合金(GH99)进行扩散连接.采用扫描电镜、电子探针和X射线衍射等手段对连接接头的生成相及界面组织结构进行分析,采用抗剪强度测试对接头的连接强度进行评价.结果表明,GH99/Nb/Ti/TiAl的典型界面结构为GH99/(Ni,Cr)ss/Ni3Nb/Ni6Nb7/Nb/(Ti,Nb)ss/α-Ti+(Ti,Nb)ss/Ti3Al/TiAl.当连接温度为900℃,连接时间为30 min,连接压力为20 MPa时,所得接头抗剪强度最高为273.8 MPa.随着连接温度的升高,界面组织结构及反应层厚度发生变化.当连接温度T>900℃时,界面处生成对接头强度有不利影响的Ni6Nb7反应层;根据试验结果,进一步分析了各反应层的形成过程,揭示了GH99/Nb和Nb/Ti/TiAl的界面扩散反应机制.     

SiCf/Ti65复合材料界面反应与基体相变机理

采用磁控溅射先驱丝法并结合热等静压技术制备了SiC_f/Ti65复合材料,对其在650、750、800和900℃进行了长时间热暴露实验。结果表明,热等静压和热暴露过程中,SiC_f/Ti65复合材料内部各元素同时参与界面互扩散和基体相变扩散。热等静压后,SiC_f/Ti65复合材料界面反应层产物主要为TiC,基体中相变产物为等轴的(Zr, Nb)_5Si_4。热暴露过程中,界面反应逐渐生成了Ti_5Si_3和(Zr, Nb)_5Si_4,基体相变则有了Ti_3(Al, Sn)C和TiC生成。SiC_f/Ti65复合材料反应层长大激活能为93 kJ/mol,该材料界面可以在650℃及以下温度长时间保持稳定。     

SiC_f/Ti60复合材料的热稳定性

对采用磁控溅射先驱丝工艺制备的SiC_f/Ti60复合材料进行不同温度下长时间热暴露实验,分析了热等静压态和热暴露态复合材料界面区结构稳定性及元素扩散规律。研究结果表明,SiC纤维中C、Si元素和Ti60基体中Ti及其它合金元素进行互扩散;界面反应层主要产物为Ti C,Ti C层外侧环绕着一层硅化物;基体中的Ti C主要集中分布在α钛晶界处。SiC_f/Ti60复合材料反应层厚度长大受扩散控制并与温度的关系遵循阿伦尼乌斯规律,界面反应层长大指数因子为2.27×10~(-4) m/s~(1/2),界面反应层长大激活能为118 k J/mol。     

反应层厚度对Al_2O_3/AgCuTi/Ti-6Al-4V接头强度的影响

通过保持一定钎焊温度 ,改变钎焊时间得到不同反应层厚度的 Al2 O3/Ag Cu Ti界面。结合扫描电镜 (SEM)和力学试验结果 ,分析了反应层厚度对 Al2 O3/Ag Cu Ti/Ti- 6 Al- 4V接头强度的影响。结果表明 :厚度为 1.5μm时 ,接头强度达到最大值 12 5 MPa;厚度小于 1μm,剪切试样沿反应层和 Al2 O3陶瓷界面断裂 ;大于 3μm,沿反应层断裂。反应层厚度较薄时 ,接头强度取决于界面强度和残余应力的大小 ;反应层厚度较厚时 ,接头强度取决于反应层自身强度和残余应力的大小。     

气流磨处理钨粉的研究

在1143～1213 K、120～1500 s参数范围内以Ag-Cu-Ti箔为钎料对TiAl合金与42CrMo钢进行了真空钎焊试验.采用光学显微镜、扫描电镜、元素面扫描和能谱分析等方法对界面组织进行了分析,测量了界面反应层厚度.分析了界面反应层的形成过程及受控因素,计算了反应层成长的动力学参数.结果表明,接头界面反应层包括靠近TiAl合金的AlCuTi+Ti3Al层、AlCu2Ti层以及靠近42CrMo钢的TiC层,其成长活化能分别为324.97、207.97、338.03 kJ/mol.TiAl合金与钎科的界面反应层受控于液态钎料中的Cu元素,成长较快:42CrMo钢与钎料间的TiC层受控于固态钢中C元素,成长较慢.脆性反应层AlCuTi+Ti3Al层厚度为3.3μm时接头强度最高,脆性层厚度继续增大,接头强度显著下降.     

保温时间对TiAl合金与镍基合金扩散连接界面组织结构及连接强度的影响

采用纯钛箔做中间层扩散连接TiAl合金与镍基高温合金(GH99).利用扫描电镜、电子探针和X射线衍射等手段对界面产物及接头的界面结构进行分析.结果表明,GH99/Ti界面主要由四个反应层组成,分别为(Ni,Cr)ss,富Ti-(Ni,Cr)ss,TiNi和Ti2Ni.当保温时间较短时,Ti/TiAl界面反应层主要为Ti(Al)ss.延长保温时间,此界面反应层转化为Ti3Al和Al3NiTi2.随着保温时间的延长,TiNi反应层厚度持续增加,而Ti2Ni反应层厚度先增加后减小.随保温时间的延长接头的抗剪强度先增加后减小,然后又增加.由接头断口形貌可以看出,接头主要断裂于Ti2Ni反应层.     

连续SiC纤维增强钛基复合材料界面反应研究

针对连续SiC纤维增强钛基复合材料界面反应速率、反应产物进行了研究.采用基体-纤维涂覆法和热等静压工艺,制备了连续W芯SiC纤维增强TC17复合材料.对复合材料进行不同温度、不同时间热暴露,通过SEM、TEM、EDS,表征分析了界面反应层厚度、界面处化学成分及界面反应产物类型.结果表明:C涂层能有效保护SiC纤维;界面反应层处的主要元素为Ti和C;制备状态试样的界面反应产物为TiC1-x,靠近C涂层的TiC1-x晶粒较细小,靠近基体TiC1-x晶粒较粗大;高温热暴露使界面反应加剧,反应层厚度增加,反应层的生长符合抛物线规律,反应的动力学参数为频率因子k0=1.33×10-3m·s-1/2,反应激活能Q=243.22 kJ·mol-1.     

TiAl合金与镍基高温合金的扩散连接

采用钛为中间层,对TiAl合金与镍基高温合金（GH99）进了扩散连接.研究了扩散连接接头的界面结构和连接温度对界面结构及连接性能的影响,并对连接界面反应层的形成机制进行探讨.结果表明,GH99/Ti/TiAl的界面结构为：GH99/（Ni,Cr）ss/富Ti-（Ni,Cr）ss/TiNi/Ti2Ni/α-Ti＋Ti2Ni/Ti（Al）ss/TiAl＋Ti3Al/TiAl;随着连接温度的升高,各反应层厚度增加,接头的抗剪强度先增加后减小;在连接温度1 173 K,连接时间30 min,连接压力20 MPa时,抗剪强度最高为260.7 MPa.     

SiC_f/TB8复合材料的制备及其界面反应动力学研究

以TB8、SiC纤维为原材料,采用箔-纤维-箔法结合热等静压致密化技术制备SiCf/TB8复合材料,观察分析其微观组织形貌和元素扩散规律,并对界面反应进行热力学和动力学分析。结果表明,采用箔-纤维-箔法结合/热等静压工艺制备SiCf/TB8复合材料,可缩短工艺流程,节约成本。热等静压参数为800℃/120MPa/2h时,制备的SiCf/TB8基复合材料的界面反应产物为TiC和Ti5Si3,纤维分布均匀,基体TB8保持β相,基体变形能力较高,扩散连接效果良好,界面反应层生长动力学方程为δ=2.25×10-6exp(-315.22×103/RT)t1/2。     

SiC纤维增强Ti600复合材料界面研究

通过纤维涂层法(MCF)、结合热等静压(HIP)工艺制备了SiCf/Ti600复合材料,经不同条件真空热暴露试验后,结合SEM、EDS、XRD等分析技术对界面反应动力学和反应产物相形成的反应序列进行初步研究.结果表明,反应元素C、Si、Ti等出现浓度起伏,合金元素Al并没有显著扩散进入界面反应产物层,而是在界面反应前沿堆积,其界面反应产物被确认为:TiC、Ti5Si3和Ti3SiC2,界面反应产物的生长受扩散控制且遵循抛物线生长规律,其生长激活能Qk及指数系数Ko分别为266.46 kJ·mol-1.37x10-3m·s-1/3.     

Calculation of activity coefficients for components in ternary Ti alloys and intermetallics as matrix of composites

Based on Kohler‘s ternary solution model and Miedema‘s model for calculating the formation heat of binary solution, the integral equation was established for calculating the activity coefficients in ternary alloys and intermetallics. The activity coefficients for components in alloy Ti-5Al-2.5Sn, Ti-6Al-4V and intermetallics TiAI, Ti3Al and Ti2 AlNb were calculated with the equations. The calculated data coincide well with the experimental ones found in literatures. According to the calculated activity coefficients and activities, it can be predicted that the interracial reaction in SiC/Ti3Al composite is more severe than that in composites SiC/Ti2 AINb and SiC/TiAl.     

First Phase Selection in Solid Ti/Al Diffusion Couple

用热压法制备Ti/Al扩散偶,并在525,550,575,600℃进行热处理。结果表明:当Al未完全消耗时,TiAl3是Ti/Al界面处唯一的产物,TiAl3向Al箔一侧长大,Ti箔中没有检测到Al原子的存在。从固溶体的溶解度极限,Al、Ti和TiAl3的晶格失配度,以及新相形成所增加的界面能3个方面解释TiAl3的首先生成。Ti在Al中的溶解度极限很小,Al(Ti)固溶体很容易生成,以及Al、Ti和TiAl3的密排面错配度很小,促使TiAl3优先形核。在所有Ti-Al化合物中,形成TiAl3所增加的界面能最少,有利于TiAl3优先形核长大。由于动力学的不稳定性,其他Ti-Al化合物的生成与长大受到抑制。     

TiAl/Ni基合金反应钎焊接头的微观组织及剪切强度(英文)

以Ti为中间层,对TiAl基金属间化合物与Ni基高温合金进行反应钎焊连接,研究反应钎焊接头的界面微观结构及剪切强度。通过实验发现,熔融中间层与两侧母材反应剧烈,生成连续的界面反应层。典型的界面微观结构为GH99/(Ni,Cr)ss(γ)/TiNi(β2)+TiNi2Al(τ4)+Ti2Ni(δ)/δ+Ti3Al(α2)+Al3NiTi2(τ3)/α2+τ3/TiAl。当钎焊温度为1000°C,保温时间10min时,所得接头的剪切强度最高为258MPa。进一步升高钎焊温度或延长保温时间,会引起钎缝组织中组成相粗化和脆性金属间化合物层的生成,从而导致接头剪切强度的降低。     

热处理对SiC/Ti-6Al-4V复合材料力学性能的影响

测定了经过900℃不同时间热处理的SiC/Ti-6Al-4V复合材料的拉伸强度,并采用全局载荷分配模型计算了复合材料的强度。发现长时间热处理后,复合材料强度的计算值与实测值吻合很好,但该模型对未经热处理的制备态试样的预测值偏高。扫描电镜和透射电镜微观分析表明,随着热处理时间的延长,SiC/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应区增厚而SiC纤维的C涂层逐渐消耗,复合材料的界面结合强度逐渐增加但抗拉伸强度逐渐下降。界面反应形成的反应产物主要为TiC,在C涂层消耗完的区域还形成了Ti5Si3。界面反应是使复合材料力学性能变差的主要原因。     

碳化硅纤维增强体钛铝基体的原位合成与控制及其动力学解析

利用磁控溅射,采用钛靶和铝靶按照一定功率比在SiC纤维表面沉积钛与铝,制备SiC纤维的Ti-Al基复合先驱丝,按密排堆垛置于包套之中并经热等静压制备碳化硅纤维增强钛铝基试样。通过扫描电镜观察组织形貌,研究热等静压及真空热处理对组织结构、界面反应层的影响,应用XRD与能谱分析,研究磁控溅射功率对原子比的影响以及钛铝原位反应过程中相比例的变化规律,采用差示扫描量热法(DSC,differential scanning calorimetry)对钛铝反应进行动力学分析。结果表明,钛靶与铝靶的溅射功率直接影响钛铝的原子比,TC4和Al靶功率分别为13和4.5 kW/m2,其铝含量为27at%;TC4和Al靶功率分别为13和8.3 kW/m2,其铝含量为49at%。此外,动力学研究表明,Al3Ti是钛铝反应的优先生成相,随着Al的扩散,逐渐形成TiAl、Al2Ti和Ti3Al,但经过Al的充分扩散,其最终形成的稳定相取决于钛铝的原子比,若原子比为1:1,则最终形成TiAl相,且不同原子比区域形成的TiAl、Ti3Al可共存。     

Ni-34Ti钎料钎焊TiAl合金接头界面结构及性能

采用Ni-34Ti共晶钎料实现了TiAl合金的钎焊连接,分析了TiAl合金钎焊接头的界面结构,重点研究了钎焊温度对接头组织及性能的影响规律.结果表明,Ni-34Ti共晶钎料主要由TiNi相和TiNi3相组成,钎料熔点为1 120 ℃.不同钎焊温度下获得的接头界面组织均呈现对称特征,无气孔和裂纹等缺陷,接头中主要形成了TiNiAl2,B2,TiNiAl和TiNi2Al四种物相.Al元素在钎缝中的快速扩散,促进了钎缝中Ti-Ni-Al三元化合物的形成.钎焊温度为1 180 ℃保温10 min条件下,TiAl合金接头获得了最大的室温抗剪强度87 MPa.剪切过程中,裂纹容易在富含TiNi2Al相的区域产生和扩展,大量脆性TiNi2Al相的存在对接头的性能是有害的.     

TiAl/Ti/V/Cu/40Cr钢扩散连接界面组织结构对接头强度的影响

研究了TiAl/Ti/V/Cu/40Cr钢的扩散连接，结果显示：在TiAl/Ti界面处形成了对接头强度有利的Ti3Al TiAl双相层及Ti固溶体层，而Ti/V/Cu/40Cr界面处未出现金属间化合物及其它脆性相，接头最高拉伸强度可达420MPa，接近TiAl母材。     

Infrared brazing of Ti–6Al–4V using two silver-based braze alloys

Infrared brazing of Ti–6Al–4V using two silver-based alloys is evaluated in the study. For the 72Ag–28Cu brazed specimen, Ag-rich matrix, eutectic Ag–Cu and Cu–Ti interfacial reaction layer(s) are observed in the experiment. In contrast, both Ag-rich matrix and interfacial titanium aluminides, TiAl or Ti₃Al, are found in the 95Ag–5Al brazed joint. In general, the shear strength of 72Ag–28Cu brazed joint is much higher than that of 95Ag–5Al brazed specimen. Additionally, the use of infrared brazing with lower brazing temperature and/or less time can significantly decrease both dissolution of the substrate into molten braze as well as excessive growth of the interfacial reaction layer(s) in the joint. Therefore, infrared brazing has the potential to be applied in industry.     

连接温度对TiAl/Ti3AlC2扩散焊接头界面结构及性能的影响

采用Ti/Ni复合中间层实现了TiAl合金和Ti₃AlC₂陶瓷的扩散连接,利用SEM,XRD等分析方法对接头界面结构进行了分析.结果表明,TiAl/Ti₃AlC₂接头典型界面结构为TiAl/Ti₃Al+Al₃NiTi₂/Ti₃Al/α-Ti+Ti₂Ni/Ti₂Ni/TiNi/Ni₃Ti/Ni/Ni₃(Ti,Al)/Ni₃Al+TiC_x+Ti₃AlC₂/Ti₃AlC₂.随着连接温度的升高,TiAl/Ti界面处的Ti_ss层逐渐减小,Ti₃Al化合物层逐渐变厚;TiNi化合物层厚度显著增加,Ti₂Ni和Ni₃Ti层厚度基本保持不变.接头抗剪强度随连接温度升高先增加后减小,当连接温度为850℃时,接头的抗剪强度最高可达到85.3 MPa.接头主要在Ni/Ti₃AlC₂界面及Ti₃AlC₂基体处发生断裂.