熔模铸造高温合金与陶瓷材料界面反应研究进展

简要概述了高温合金与熔模铸造用陶瓷材料,包括陶瓷型芯及陶瓷型壳的界面反应研究现状。高温合金与陶瓷材料的界面反应与陶瓷材料种类、合金成分密切相关。陶瓷材料中的SiO2以及高温合金中的C、Cr、Al、Hf等活性元素是参与界面反应的主要组元,反应产物主要有Al2O3、Cr2O3以及HfO2等,界面反应严重影响铸件的表面质量。界面反应并非合金元素与陶瓷材料氧化物之间简单的置换反应,并且,界面反应的发生需合金中活性元素的含量达到一定数值。     

C对一种镍基高温合金与陶瓷型壳界面反应及润湿性的影响

采用座滴法研究了C对一种高温合金与陶瓷型壳的界面反应及润湿性的影响.通过SEM和EPMA研究了合金与陶瓷型壳的界面组织形貌及反应区元素分布.利用Thermo-Calc软件计算了合金熔体中C,Cr和Al的活度,分析了C含量对合金熔体中C,Cr和Al的活度的影响.探讨了合金/陶瓷界面反应与润湿性的关系.结果表明,合金中C含量高于0.1%时,C的活度明显增大,合金熔体与陶瓷型壳发生界面反应,合金熔体/陶瓷体系由非反应润湿变为反应润湿,合金表面产生黏砂层且合金中Cr和Al扩散到陶瓷表面.     

Ti-47Al-2Cr-2Nb-xTiB_2合金与Al_2O_3陶瓷型壳界面反应的研究

实验室条件下制备了Ti-47Al-2Cr-2Nb-xTiB2(x=0、0.6%、1.0%,体积分数)合金熔体与Al2O3陶瓷型壳的界面反应层。借助SEM、EDS、XRD以及显微硬度测量等手段,对3种TiAl基合金熔体与Al2O3陶瓷型壳的界面反应情况进行了分析和比较。结果表明,TiAl基合金中加入TiB2,能有效减少TiAl基合金熔体与Al2O3陶瓷型壳的界面反应。TiAl基合金与AlO陶瓷型壳间的界面反应是一种不均衡进行的扩散型化学反应,并建立了界面反应的宏观模型。     

凝固过程中TiAl合金与容器的界面化学反应的研究

通过对定向凝固过程中TiAl合金与氧化铝、氧化锆坩埚材料的界面化学反应进行研究,分析了夹杂物的分布规律以及反应机制。结果表明:氧化铝坩埚中的SiO2粘结剂与TiAl合金发生界面化学反应,使坩埚内壁的Al2O3颗粒脱落进入TiAl合金熔体,夹杂物在整个试样中呈弥散分布。TiAl合金与氧化锆坩埚的化学反应仅发生在合金试样表面,反应生成的黑色氧化锆具有较大脆性,并在试样表面形成厚厚的粘结层。     

定向凝固用陶瓷型壳高温力学性能研究现状

简述了高温合金定向凝固用陶瓷型壳的工况,重点介绍了在浆料中添加矿化剂和粒度小于10 μm超细氧化铝粉等提高型壳材料的化学反应活性以促进型壳中莫来石的形成,进而提高陶瓷型壳的高温强度和抗蠕变性能的措施.还有采用非连续纤维和连续纤维强化型壳,提高其强度和抗蠕变性能的方法.并通过提高型壳孔隙率和在面层形成阻挡层的方法提高型壳的抗热震性能.同时,指出了定向凝固用陶瓷型壳存在的一些问题,论述了其发展方向.     

Al_2O_3型壳与DZ22合金的界面反应研究

为解决Al2O3陶瓷型壳与DZ22合金的界面反应问题,通过浇注试验制得试样,借助光学显微镜、SEM、EDS等手段对所得试样的形貌、成分、界面等进行了研究。结果表明,DZ22合金与Al2O3型壳的反应产物表面呈现粉红色,产物主要是Cr2O3;金属-型壳界面处为白色的HfO2反应层;随着Al2O3型壳成分中杂质含量的增加,界面反应的程度逐渐增加。     

Ti-47Al-2Cr-2Nb合金熔体与Y_2O_3型壳的界面作用

结合定向凝固工艺要求,研究了不同加热温度和保温时间(1600℃×10min,1600℃×30min和1700℃×10min、1700℃×30min)下,Ti-47Al-2Cr-2Nb合金熔体与Y2O3型壳的界面作用、界面组织形貌、元素分布以及界面生成物的相组成,并讨论了Y2O3型壳用于TiAl基合金铸件定向凝固的可行性。结果表明,相同的保温温度或保温时间下,熔体中的Al元素比Ti元素更易向型壳一侧扩散;同时合金棒表层形成一层几十微米厚的渗透层,1600℃试样表面渗透层是由于合金液对型壳面层材料的浸蚀和热冲击作用,使Y2O3颗粒进入到基体中形成的;而1700℃试样渗透层中在Y2O3颗粒的周围发现含Y、O、Al的灰色相,应为Y2O3与合金液发生反应而形成。     

SiC_p/Al电子封装材料与陶瓷元件浸渗连接机理研究

分别将陶瓷元件嵌入凝胶注模成型后的SiC预制型中,再采用气压浸渗T艺制备高体积分数SiCp/Al复合材料的同时,实现了复合材料与元件的原位连接.采用SEM、EDS和XRD等分析了连接界面的显微组织及界面反应,结果表明:SiCp/AI与元件间的界面反应产物由MgAl204和Mg3Al2(SiO4)3等组成,界面反应层厚度约2～3μm,产物生成量主要由Al合金中的Mg、元件中SiO2含量等因素决定;SiCp/Al复合材料与Al2O3元件通过气压浸渗可以实现有效的反应连接.     

FGH96合金挤压过程非金属夹杂物的变形行为

对热等静压态FGH96合金进行热挤压变形,分析非金属夹杂物Al2O3和SiO2在热等静压和热挤压过程中的形貌特征与变形特性。结果表明:在热等静压和热挤压过程中,Al2O3夹杂与FGH96合金基体为机械结合,两者之间没有反应过渡区,而SiO2夹杂与FGH96合金基体中的铝和钛元素在高温和高压下发生化学反应,在基体与SiO2夹杂之间形成反应过渡区;FGH96合金挤压变形过程中,材料内部为三向压应力状态,在挤压方向非金属夹杂物被拉长成不连续的线状,在垂直于挤压方向,夹杂物投影面积减小;大挤压比的热挤压变形能有效破碎合金中的非金属夹杂物缺陷,细化合金晶粒,提高FGH96合金盘件的纯净度水平。     

陶瓷壳型面层材料与Ti46Al1B阀门铸件的界面反应

分别采用Al2O3与Y2O3为壳型面层材料,离心铸造了Ti46Al1B(原子分数,%)合金阀门铸件,通过SEM,XRD以及气体分析等方法,确定壳型内表面物相组成、铸件与壳型反应层厚度以及合金的进氧情况,分析了壳型材料与Ti46Al1B合金的反应机理.结果表明,Y203和A120s壳型与合金的反应层厚度分别约为90和170 pm,使用Y203壳型时铸件进氧少,其热力学稳定性好于Al2O3壳型,与热力学计算结果相符.Y2O3壳型比Al2O3壳型更适合铸造Ti46Al1B阀门.     

胫骨生物陶瓷复合材料的微结构增韧机理

扫描电镜观察显示胫骨是一种由羟基磷灰石和胶原蛋白组成的自然生物陶瓷复合材料.羟基磷灰石具有层状的微结构并且平行于骨的表面排列.观察也显示这些羟基磷灰石层又是由许多羟基磷灰石片所组成,这些羟基磷灰石片具有长而薄的形状,也以平行的方式整齐排列.基于在胫骨中观察到的羟基磷灰石片的微结构特征,通过微结构模型分析及实验,研究了羟基磷灰石片平行排列微结构的最大拔出能.结果表明,羟基磷灰石片长而薄的形状以及平行排列方式增加了其最大拔出能,进而提高了骨的断裂韧性.     

面向零件形状的计算机图形库的开发

论述了CAD技术中参数化设计的三种建模方法，重点介绍了基于特征的参数化建模原理。在此基础上，分析机械设计中的机构结构，归纳出其零件的几何特征构成。设计了机构CAD图形库，并提出了该图形库生成步骤和人机交互界面。     

FeCrAIW电弧喷涂层组织的致密化研究

采用激光辐照对FeCrAlW电弧喷涂层的组织进行致密化处理,借助扫描电镜和X衍射对涂层的组织进行了分析.测试了涂层的显微硬度.结果表明:涂层组织致密度提高,孔隙率明显降低.随着激光扫描速度的增加,涂层的显微硬度降低.在较低的扫描速度下,涂层与基体之间形成互熔区,涂层与基体之间产生良好的冶金结合.     

Prospects of the Use of Synergetic Approach to Solution of Problems of the Science of Nanomaterials

A synergetic approach to solution of problems of self-controlled synthesis of nanostructures and creation of self-organizing nanotechnologies is considered in connection with the superproblem of creation of materials with functional properties resembling those of biosystems. __________ Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 7, pp. 55 – 61, July, 2005.     

Kinetics of the oxidation of metals — Influence of self-diffusion of metal

The importance of the self-diffusion of a metal during its oxidation by a gas is treated for the cases of nonstoichiometric oxides having either interstitial cation or cation vacancies. We have established a general relationship for the reaction rate when a mixed diffusion process occurs. From this relationship, we have shown that the pressure dependence can be different, according to whether the rate-determining process is the self-diffusion through the metal or through the product.     

Features of formation of the structure in production of blanks of disks of heat-resistant nickel alloys

Conclusions To provide a high level of mechanical properties in wrought blanks of cast ÉP741NP and ÉP962 alloys it is necessary to form controlled structures. A necklace-type structure formed in homogenizing isostatic treatment, subsequent thermomechanical working including alternation of the operations of deformation in the (+)-area and recrystallization anneals, and final heat treatment is preferable. The temperature conditions of all stages of thermomechanical working are strictly controlled, especially the final operation of deformation and heating for hardening. To eliminate hardening cracks and distortions it is necessary to use molten salts at t=600°C as quenchants. The use of multiple production operations makes it possible to significantly reduce the structural inhomogeneity related to inhertance of the original dendritic structure. However, the structure of the final semifinished product is nevertheless characterized by a difference in occurrence of the processes of polygonization and recrystallization between the former dendritic cells and the interdendritic spaces in deformation and heat treatment.To obtain structurally homogeneous blanks for gas turbine engine parts it is necessary to use basically new methods of remelting such as vacuum double electrode remelting and electron beam remelting with an intermediate vessel.Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 12, pp. 25–29, December, 1991.     

Ab-initio calculation of enthalpies of formation of intermetallic compounds and enthalpies of mixing of solid solutions

A large number of ab-initio calculations of energies of formation of intermetallic compounds have been performed in the last 15 years. The currently used methods are listed. The paper presents a review of the aluminium based compounds which have been studied. Comparisons of calculated and experimental enthalpies of formation are provided for aluminim-3d and-4d transition metal alloys at equiatomic composition. The modelling of the enthalpies of mixing of solid solutions based on a given lattice is described.