原位合成Ti_2 AlN/TiAl复合材料900°C时效过程中的组织演化及氮化物沉淀相析出(英文)

对原位合成Ti2AlN/TiAl复合材料在原位合成及时效热处理条件下的显微组织特征进行分析,并对Ti2AlN/TiAl复合材料进行1400°C,0.5 h固溶及900°C,24 h时效热处理,研究其氮化物沉淀析出。结果表明,原位合成复合材料的显微组织由γ+α2片层团、等轴γ晶粒和Ti2AlN增强相组成。经固溶和时效处理后,获得近全片层基体结构。随着Ti2AlN含量的增加,基体近全片层结构变得不稳定。对时效后的复合材料进行TEM研究,发现在片层团晶粒边界上分布着细小的Ti2AlN沉淀相。在γ-TiAl基体内,针状Ti3AlN沉淀相以其轴向平行于基体[001]方向排列,而另一种具有较大尺寸的Ti3AlN沉淀相则在位错处沉淀析出。     

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。     

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。     

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。     

Ti-Al反应扩散机制及动力学研究进展（上）

通过Ti和Al制备的Ti-Al系金属间化合物及复合材料,由于具有优异的物理、化学和力学性能,在航空航天、汽车以及其它领域具有良好的应用前景。这些材料包括TiAl3、γ-TiAl和α2-Ti3Al等金属间化合物,以及Ti/Al、Ti/α2-Ti3Al、Ti/γ-TiAl、Ti/TiAl3和Al/TiAl3等金属-金属或金属-金属间化合物复合材料。在上述材料的制备过程中,会涉及到各种Ti-Al反应扩散过程。因此,对Ti-Al反应扩散机理及动力学的深入理解,有助于合理高效的制备Ti-Al系金属间化合物及复合材料。目前对Ti-Al反应扩散机理及动力学的研究非常广泛,但很多结论仍存在争议。本文系统综述了Ti-Al反应扩散机理及动力学的研究现状,并对未来的研究方向进行了展望。     

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。     

冷轧热处理钛-铝箔制备微叠层Ti-Al系金属间化合物板材

通过钛箔、铝箔叠加烧结制备出微叠层Ti-Al系金属间化合物合金板材。对不同烧结条件下获得的板材组织和相组成进行分析。结果表明,当烧结温度到达到Al的熔点以上时,高温自蔓延反应（SHS）在Ti箔和Al箔之间发生,生成α-Ti、Ti3Al、TiAl、TiAl2和TiAl3等相;随着烧结时间的延长,α-Ti、TiAl2和TiAl3逐渐消失,最终获得包含Ti3Al和TiAl的叠层结构板材。由于铝的熔化,柯肯达尔效应和反应前、后摩尔体积的变化在烧结过程中产生大量的孔洞,随后的热压处理将孔洞消除并获得致密的合金板材。     

Ti-Al-Nb三元合金组织对力学性能的影响

通过合金设计的方法分别制备了具有单相(γ-TiAl)组织的合金A、二相(γ-TiAl+α2-Ti3Al)层片组织的合金B和三相(γ-TiAl+α2-Ti3Al+Nb2Al)混合组织的合金C3种Ti-Al-Nb三元合金,通过XRD、EPMA以及SEM等手段确定了这3种合金的组织结构和分布形态,并对这3种合金进行了室温和1173K的拉伸试验。结果表明,合金的显微组织与其性能密切相关,室温下合金B的塑性变形能力好于另外两种合金,这主要是因为α2相的存在降低了合金平均晶粒尺寸,由γ和α2两相构成的层片组织结构以及大量的γ/α2相界面。温度升高可以显著改善合金B的塑性变形能力,合金B在1173K时的拉伸延性达到40.4%,并且断裂方式从室温时的穿晶脆性断裂向1173K时的韧性断裂方式转变,而合金A、C不管在室温还是1173K,都显示出穿晶脆性断裂方式。合金C在室温和高温都很脆,是由于Nb2Al相的出现,降低了(γ+α2)两相层片组织的连续程度。     

Sm_2O_3掺杂强韧化TiAl复合材料

以Ti,Al,TiO2和Sm2O3为原料,利用原位合成法制备Al2O3/TiAl复合材料;并借助XRD、SEM和力学性能测试,研究Sm2O3掺杂对Al2O3/TiAl复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明：掺杂Sm2O3的Al2O3/TiAl复合材料由γ-TiAl/α2-Ti3Al基体相以及Al2O3、SmAl增强相组成;掺杂Sm2O3细化了复合材料的微观结构,改善了TiAl复合材料的力学性能;当Sm含量为5%（质量分数）时,该复合材料的弯曲强度和断裂韧性达到最大,分别为658.9MPa和10.13MPa·m1/2。     

Ti/Al扩散偶中间相长大过程的数值模拟(英文)

为研究固态Ti/Al扩散偶的扩散反应,将Ti/Al箔构成的扩散偶分别在525,550,575和600°C退火1～40h。实验结果表明TiAl3是Ti/Al界面处生成的唯一相。TiAl3的优先长大是界面热力学作用的结果。TiAl3相主要向Al箔一侧长大,其长大过程符合抛物线规律。在晶界扩散的基础上,用有限差分方法模拟TiAl3相的长大过程,模拟结果和实验结果吻合较好。     

合金γ-TiAl价电子结构的计算及其力学性能

利用固体与分子经验电子理论计算了合金γ-TiAl及γ-TiAl、α—Ti、β-Ti、α2-TiAl的价电子结构；利用价电子结构给出的信息-相结构因子αN、F、ρL/V、ρC/V和键络的空间分布nα，讨论了γ-TiAl、合金γ-TiAl的价电子结构及其与力学性能的关系，分析了合金元素的合金化行为，提出了改善γ合金力学性能的有效途径。     

SiO2涂层对TiAl基合金抗高温氧化性能的影响

采用SiO2溶胶-凝胶-旋涂法对TiAl基合金表面进行涂膜。900℃循环氧化测试结果表明,TiAl基合金经SiO2溶胶两次涂膜并热处理后,其抗高温氧化性能得到了显著提高,未涂膜试样氧化一个循环（8h）后增重2.333mg/cm^2,涂膜热处理试样氧化40个循环（320h）增重仅为0.6071mg/cm^2。XRD和SEM对试样表层的组织结构分析及形貌观察表明,涂层主要由SiO2、Al2O3、Ti5Si3、TiSi2和Ti2Al构成,由表及里分别为SiO2层-Al2O3层-Al2O3＋钛硅化合物层-Ti2Al层-TiAl片层组织基体。     

C/Mo双涂层SiC纤维增强γ-TiAl基复合材料的显微组织及界面热稳定性（英文）

采用箔-纤维-箔法制备了C/Mo双涂层界面改性Si C纤维增强γ-TiAl基复合材料(SiC/C/Mo/γ-TiAl),并研究其界面改性效果。为了对比研究,在相同工艺下制备了SiC/C/γ-TiAl复合材料。对两种复合材料在800°C和900°C下进行了不同时间的真空热暴露处理,用以研究界面区域的热稳定性。采用扫描电子显微镜和能谱仪分析了复合材料界面的显微组织。结果表明,尽管增加了Mo涂层,但是SiC/C/Mo/γ-TiAl复合材料与SiC/C/γ-TiAl复合材料的界面反应产物相一致,均为介于涂层和基体之间的TiC/Ti2AlC。但是,在900°C及其以下温度,C/Mo双涂层比C单涂层能更好地阻碍界面反应。此外,900°C,200 h热暴露后,在Ti2AlC和基体之间发现了一层新的界面反应产物,该产物富V,与B2相的化学成分接近。     

Al涂层对γ-TiAl合金高温抗氧化能力的影响

研究了多弧离子镀铝对γ-TiAl合金850℃、950℃恒温氧化性能的影响,同时分析讨论了镀铝层的氧化机制.结果表明:多弧离子镀铝后,形成的纯铝涂层均匀致密,无裂纹、孔洞,与基体结合良好.静态空气中,850℃氧化100 h后,形成了连续致密的Al2O3膜层及扩散层TiAl3相;950℃氧化100 h后,表面氧化膜由Al2O3及少量的TiO2组成,膜层中TiAl2为主要成膜相.多弧离子镀铝有效地提高了γ-TiAl合金高温抗氧化性能.     

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.     

后处理对激光沉积制造γ-TiAl合金组织与性能的影响

通过固溶、热等静压+固溶处理对激光沉积制造(LDM)Ti4822合金进行组织结构调整和相比例控制,分析不同激光沉积制造后处理工艺对合金组织和性能的影响。结果表明,经固溶、热等静压+固溶处理两种处理后γ-TiAl合金组织均含有γ、α_2及微量B2相;1260℃热处理后γ-TiAl合金形成典型的双态组织;1330℃热处理后γ-TiAl合金形成近片层组织;1350℃热处理后γ-TiAl合金形成全片层组织;热等静压导致组织内的层片尺寸略有增大。随热处理温度的升高γ-TiAl合金显微硬度逐渐减小,在相同热处理温度下,经热等静压处理后的样品显微硬度提高约5%,热等静压导致合金组织致密度提升的强化效果要高于片层组织粗化引起的弱化效果。     

箔-纤维-箔法制备Mof/TiAl复合材料的显微组织与性能

利用箔-纤维-箔法和热压烧结成功制备出Mo_f/Ti48Al复合材料,并分析了Mo纤维对TiAl合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,通过635 ℃,3 MPa,10 h+680 ℃,3 MPa,4 h的两步低温热压,箔材中的Al完全反应完,TiAl箔叠层材料形成致密的Ti/TiAl₃板材,合金致密基本无孔洞。再通过1200 ℃,36 h的高温退火,Ti与TiAl₃在高温下继续反应,形成γ-TiAl、α-Ti₃Al相。高温退火后的钼纤维与基体合金发生了扩散反应,形成了扩散区域,此区域内主要相组成为TiMo、AlMo₃,钼纤维与基体合金通过扩散紧密结合在一起,界面未发现孔洞和因应力形成的裂纹。相比于未添加钼纤维的合金,添加10vol%钼纤维的复合材料抗弯性能有明显的提高,钼纤维在合金中起到了强韧化作用。     

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。     

Nb2O5对Al2O3／TiAl复合材料结构与性能的影响

利用Ti-Al-TiO2体系的放热反应,采用热压工艺原位合成了Al2O3/TiAl复合材料.研究了Nb2O5加入量对复合材料结构与力学性能的影响.结果表明,相组成中有γ-TiAl、α2-Ti3Al、Al2O3和NbAl3相.随Nb2O5加入量的增大,复合材料的密度、相对密度和硬度逐渐增大;抗弯强度和断裂韧度在加入量为6%时达到最大,分别为398.5 Mpa和6.99 Mpa·m1/2,此后随其含量增大而降低.组织分析表明,随Nb2O5加入量的增加,Al2O3粒子团聚度减弱,沿晶界弥散分布,双相γ+α2片层组织不断细化,结构更加均匀.Nb2O5对力学性能的影响主要表现在调节相含量和细化组织.     

TC4/TNM钎焊接头界面组织及性能

采用Ti-25.65Zr-13.3Cu-12.35Ni-3Co-2Mo(wt.%)非晶箔带钎料在900 ℃~1020 ℃/10 min工艺下真空钎焊连接TC4和TNM合金,并系统研究了TC4/TNM钎焊接头的界面组织和形成机理以及钎焊温度对界面组织和剪切强度的影响规律。结果表明：钎焊温度900～980 ℃时接头的组织为TC4/细小网篮状(α+β)-Ti/γ-(Ti,Zr)2(Cu,Ni) + α-Ti/Ti3Al/TNM,随钎焊温度升高,钎缝中硬脆的γ相减少、韧性的α-Ti增加。钎焊温度1000 ℃和1020 ℃时,接头的界面反应层由三层演变成两层且对应的物相分别是韧性差的粗针状(α+β)-Ti和Ti3Al,粗针状(α+β)-Ti随温度升高进一步粗化。钎焊接头剪切强度随温度升高先增加后减小,钎焊温度980 ℃时剪切强度达到最大值494.83 MPa。剪切测试的钎焊接头均脆性断裂于TNM侧的钎缝中。