固态反应周期层片型结构分析

Osinski等人在1982年发现的固态反应周期层片型结构至今仍然缺乏令人满意的理论描述．由于层片间存在相互吻合的形貌特征，因此该结构的形成被认为与固态反应过程中产生的扩散应力有关．高倍扫描背反射电子像显示，周期出现的层片不是单相的，而是由双相构成，层片中簇状的、而非颗粒状的非扩散相连续分布在互扩散相内．实验证实了本文作者关于周期片层结构形成机理的界面力学失稳模型     

TiCu/Zn界面反应周期层片结构形成的热力学和动力学研究

研究了TiCu/Zn扩散偶在390和450℃退火后的扩散层组织,发现其扩散区域中形成了3类周期层片对,且g+TiZn3层片对的厚度随温度升高而减小,但与退火时间无关.在TiCu/Zn扩散体系中,反应扩散主要受Zn原子向TiCu基体端扩散控制,Zn原子扩散至TiCu基体界面附近优先形成TiZn3,而Ti原子穿过g层和Cu原子穿过TiZn3层向富Zn端长程扩散均很困难,Cu原子仅能通过短程扩散聚集形成g相并长大.周而复始,扩散通道在g+TiZn3两相区中来回振荡形成周期层片对,且其间距与形成的先后顺序无关.温度的升高加快了原子扩散和TiZn3层的形成,使层片对变薄.扩散通道往富Zn方向穿过三相区后,在经过t+TiZn3和t+Ti3Zn22两相区时,同样由于Ti和Cu原子长程扩散困难,形成t+TiZn3和t+Ti3Zn22周期层片对.     

Cu-Ni扩散偶的扩散溶解层

分别在普通和真空热处理炉中对Cu/Ni镶嵌式扩散偶进行退火热处理,利用扫描电子显微镜和电子探针显微分析仪观察和分析了扩散溶解层的形态和结构,并对其形成机理进行了探讨.结果表明,Cu/Ni扩散偶在950℃、100 h退火处理时,Cu/Ni扩散溶解层主要在Ni块上形成,形状依附于原始界面,并逐渐向Ni块基体延伸,与Ni块没有界面,其结构是以Ni为溶剂、Cu为溶质的间隙固溶体;扩散溶解层的形成机理是Cu原子向Ni块扩散,Ni原子几乎不向Cu丝扩散,Cu丝溶解在Ni块里面.     

Ti-Cu固相相界面的扩散研究

采用铆钉法制备了Ti-Cu扩散偶,即将预处理后的铜丝嵌入到块状钛基体中,制备包含准相界面的样品。观察在600～700℃真空烧结不同时间时的钛铜界面的扩散情况,研究了烧结温度和保温时间对扩散层厚度的影响。结果表明,扩散层的厚度随烧结温度的提高和保温时间的延长而增厚。     

Ti-CU固相扩散界面研究

采用“铆钉法”制备了界面为曲面的Ti-Cu扩散偶。用光学显微镜和彩色金相技术,研究了真空保温过程中界面的迁移情况及其影响因素。结果表明,界面迁移受原子扩散控制;温度、保温时间是影响扩散的主要因素。     

界面阻扩散层对热障涂层性能的影响

热障涂层在高温环境服役过程中,常常由于界面处大量元素的互扩散导致失效.文中选用TiN和TiN-AIN薄膜作为界面处的阻扩散层,与无阻扩散层体系的性能进行对比.采用热震试验研究3种体系粘结层/基体界面的结合性能;为了研究高温环境中界面处元素的扩散情况,将3种体系在1050℃下热氧化处理100h,采用电子探针技术研究各个体系界面处元素的分布.试验结果表明:经过135次热震,TiN阻扩散层体系断裂面出现在粘结层与基体之间;经过240次热震,TiN-AIN阻扩散层体系和无阻扩散层体系断裂面均出现在面层与粘结层之间.微观检测发现无阻扩散层体系的界面处发生了严重的元素扩散;TiN阻扩散层体系界面处几乎不发生元素扩散;而TiN-AIN阻扩散层体系界面处发生少量的元素扩散.     

YSZ活性扩散障结构应力的有限元分析

利用有限元分析法建立了镍基合金基体/Al2O3/Zr/Al2O3/NiCrAlY粘结层模型,模拟计算了温度快速变化时扩散障的应力集中区域及应力水平,分析了扩散障的厚度及界面形貌对扩散障结构应力的影响。结果表明:在温度急剧变化过程中,扩散障内应力水平较高的区域主要出现在Al2O3层,特别是在Al2O3层中段、非平整界面的尖点、拐点处以及曲面的凹凸不平处;扩散障内应力值随Al2O3层和Zr层的增大而减小,且Al2O3层厚度变化对应力的影响比Zr层厚度变化的影响大;非平整界面最大等效应力比平整界面高约1 000 MPa。     

Ni-Al扩散界面及反应层生长动力学研究

采用电镀法制备Ni-Al扩散偶,研究了Ni-Al扩散界面处中间相的形成及其生长动力学。结果表明,扩散偶界面处形成的中间相为NiAl3相和Ni2Al3相。Ni2Al3相的生长符合抛物线长大规律,受体扩散控制,NiAl3相的生长受晶界扩散和体扩散的控制。Ni2Al3的生长激活能Q=(155.6±4.05)kJ/mol,生长常数k0为5.23×10-4m2·s-1。     

Ti-Ni合金界面扩散层厚度与温度的关系

采用"铆钉法"制备了Ti-Ni扩散偶,即将预处理后的镍丝嵌入到块状钛基体中,制备包含"准相界面"的样品。观察在500～700℃真空烧结时钛镍界面的扩散情况,总结了烧结温度对扩散层厚度的影响。研究表明,扩散层的厚度随烧结温度的升高而增厚,且温度与厚度满足指数变化关系。     

Ti-Ni固相相界面的扩散研究

采用"铆钉法"制备了界面为曲面的Ti-Ni二元扩散偶,并将扩散偶置于真空退火炉中进行热处理。利用彩色金相技术观察在500~700℃范围内真空烧结不同时间时界面的扩散情况。结果表明,扩散层的厚度随烧结温度的提高和保温时间的延长而增厚;扩散层由不同的亚层组成。     

Ti-Mo二元合金在β相区的互扩散行为

将Ti-Mo纯金属组成扩散偶,在950～1 050℃间研究Ti-Mo二元合金在β相区的互扩散行为.利用电子探针(EPMA)测定Ti-Mo扩散偶在扩散区中Mo元素浓度,建立浓度变化曲线,根据浓度曲线用Den Broeder方法计算该扩散偶在β相区的互扩散系数,用Hall方法计算富Mo侧和富Ti侧的互扩散系数.结果表明:互扩散系数与浓度之间存在较强烈的依赖关系;杂质扩散系数可通过Vignes-Birchenall公式获得,并与Hall方法获得的结果进行比较,这两种方法得到的结果比较接近:采用Arrhenius方程获得不同浓度下的扩散激活能和频率因子,二者的峰值均出现在Mo摩尔浓度约为35%处.     

强磁场下Ni-Cu系原子的扩散行为

采用Cu/Ni/Cu扩散偶研究强磁场对Ni?Cu系原子扩散行为的影响。发现该扩散偶在有、无强磁场条件下退火处理时,Ni?Cu 系原子互扩散过程中的互扩散系数随着互扩散区内 Ni 原子摩尔分数的增加而增加,并且在强磁场条件下退火处理后,所有的互扩散系数均小于相应条件下无磁场处理时的互扩散系数。表明强磁场的施加延迟了Ni?Cu系原子的互扩散行为。分析指出,上述强磁场对原子扩散的延迟行为是通过降低互扩散过程中的频率因子而不是互扩散激活能来实现的。     

Ti-Ta-Fe合金力学和扩散性能的高通量测定（英文）

结合纳米压痕和扩散偶方法对Ti-Ta-Fe合金富Ti端的力学性能和扩散性能开展高通量研究。通过在1273 K固溶退火25 h制备5组三元Ti-Ta-Fe扩散偶。借助纳米压痕和电子探针等技术确定Ti-Ta-Fe体系体心立方相随成分变化的力学性能。利用实用高效数值回归方法从三元扩散偶的成分梯度中获取1273 K温度下的互扩散系数。基于以上实验结果构建一套Ti-Ta-Fe合金随成分变化的力学和扩散性能数据库。该数据库可用于钛合金热加工过程中的加工变形性能分析。结果表明,控制Fe含量可提高钛合金的硬度和降低杨氏模量。     

固态扩散过程中的Kirkendall效应(英文)

在二十世纪四十年代,柯肯达尔(Kirkendall)发现,在二元固溶体中,扩散过程不能简单地用一种扩散系数来描述它,人们必须考虑到两种物质的扩散系数的不同。他的发现改变了以往的扩散理论和数据的处理方式。基于他的这种扩散理论成功解释了Kirkendall平面的行为。但是,多相扩散和扩散过程中组织形貌的演变是很复杂的,需要从物理化学的途径才能解决。从理论和工艺的角度来看,二元或多元体系中的相互作用是关键问题。本文综述了Kirkendall效应的发现以及最近的进展,及其在材料科学中的应用前景。     

Reactive interdiffusion in the binary system Ni-Si: Morphology of the Ni3Si2 phase

In binary multiphase diffusion, it is generally admitted that interfaces between phases are necessarily plane. However, a few cases exist, as the binary diffusion couples Ni-Si, Mo-Si, and Fe-Al, for which an intermediate phase of each system grows with an irregular needlelike morphology. To characterize the nonplanar growth of Ni₃Si₂ in bulk samples, the authors studied the behavior of intermetallic compound formation by optical microscopy and x-ray microtomography, for different annealing times. They show that both the average height and the tip radius of curvature grow as the square root of time with two diffusion coefficients separated by orders of magnitude. Moreover, x-ray diffraction indicates that the needles are aligned along the crystallographicc-axis. These results could be consistently explained by an anisotropic diffusion model. This article was presented at the Multicomponent-Multiphase Diffusion Symposium in Honor of Mysore A. Dayananda, which was held during TMS 2006, 135th Annual Meeting and Exhibition, March 12–16, 2006, in San Antonio, TX. The symposium was organized by Yongho Sohn of University of Central Florida, Carelyn E. Campbell of National Institute of Standards and Technology, Richard D. Sisson, Jr., of Worcester Polytechnic Institute, and John E. Morral of Ohio State University.     

Investigation of mechanical and diffusion properties in bcc Ti−Nb−Zr−Sn alloys via a high-throughput method

The mechanical and diffusion properties of bcc Ti−Nb−Zr−Sn alloys in the Ti-rich corner were analyzed through a high-throughput method with the combination of nanoindentation and diffusion couple techniques. Nine groups of quaternary Ti−Nb−Zr−Sn diffusion couples were prepared after annealing at 1273 K for 25 h. The composition-dependent mechanical properties were determined by nanoindentation and electron probe microanalysis (EPMA) techniques. Moreover, the corresponding interdiffusion coefficients were confirmed from the composition gradients of the quaternary diffusion couples using a pragmatic numerical inverse method. A composition-dependent database on the mechanical and diffusion properties was utilized to discuss the processability during the hot working. The results reveal that the solute elements Nb and Sn are strictly controlled to increase the hardness and wear resistance of Ti−Nb−Zr−Sn alloys, and the additional element Zr is mainly useful to improve the processability during the hot working.     

异种材料扩散连接接头残余应力的分布特征及中间层的作用

利用有限元方法 ,模拟分析了异种材料扩散连接接头残余应力的分布特征。分析表明 ,对接头有害的较大的残余应力区域分布在膨胀系数较小母材靠近焊缝附近的地带 ,而残余应力的最大值出现在其界面脆性相及焊缝附近靠近接头边缘的微小区域 ,降低连接温度、减少连接时间有利于减小接头残余应力 ,优化接头的界面应力状态。提出了中间层残余应力因子Rf 和中间层厚度因子Tf 概念 ,考虑到中间层的接触强化影响及被焊金属表面物理接触的形成要求 ,当选择中间层时 ,为降低接头的残余应力 ,应尽量选择 |Rf|、Tf 较小的中间层 ,同时中间层厚度应在能保障形成充分物理接触的前提下取较小的厚度     

Al-Cu扩散偶的界面反应

用"铆钉法"制备了界面为曲面的Al-Cu二元扩散偶,将扩散偶于真空退火炉中在不同工艺条件下进行热处理;利用彩色金相、显微硬度测试方法对扩散偶界面区域进行了观察测试。结果表明,Al-Cu扩散偶在500℃下保温25～125h和520℃下保温25～100h的热处理条件下界面形成了厚度均匀的扩散层,扩散层包括3个亚层;在520℃下保温125h时界面扩散层靠近Al基体一侧形成共晶组织,并迅速向Al基体内部扩展;扩散层的显微硬度明显高于Al、Cu基体,说明形成了脆性的金属间化合物。     

一种可内生Al2O3扩散障的δ-Ni2Al3-Cr2O3/ Ni-Cr2O3涂层体系

通过对Ni-Cr₂O₃复合镀层620 ℃部分渗铝制备了δ-Ni₂Al₃-Cr₂O₃/Ni-Cr₂O₃涂层体系。Cr₂O₃颗粒在渗铝的过程中和Al反应生成更为稳定的Al₂O₃。1000 ℃恒温氧化20 h后发现,铝化物涂层和复合镀层内掺杂的Cr₂O₃颗粒完全转化为Al₂O₃,并在铝化物涂层/Ni镀层界面自发形成了一层Al₂O₃富集层,该富集层起扩散障作用,阻碍铝化物涂层因互扩散所致的退化。