Al-Ti 液固界面的组织结构演变

采用镶嵌式扩散偶技术制备 Al-Ti 扩散偶,在 Al 熔点以上,Ti 熔点以下进行扩散热处理,研究 Al-Ti液-固界面扩散反应层的组织结构演变及生长机制。实验结果表明,热处理后的扩散反应层为TiAl3颗粒和铝的混合组织,以TiAl3和液相铝的平衡化学位共存区逐层生长,生长界面朝铝基一侧移动;TiAl3相是热处理过程中最先出现也是唯一出现的新生相;钛相变前后,扩散反应层的生长机制发生了改变。相变前,由钛向液相铝中的溶解速度控制;相变后,转变为Al、Ti原子的化学反应速度控制,生长速度大幅度加快。     

Ni-Al固/液扩散偶的组织结构演变及其形成机理

采用镶嵌式扩散偶技术制备Ni-Al扩散偶,在Al熔点和Ni熔点之间的不同温度保温不同时间进行扩散处理。研究Ni-Al固/液扩散偶的组织结构演变及形成机理。结果表明:在Ni基被完全消耗之前,扩散偶的组织结构为Ni/Ni2Al3/NiAl3/Al+NiAl3,Ni基耗完之后继续保温一段时间,Ni2Al3消失,整个扩散偶均由Al+NiAl3的混合组织组成;Ni2Al3层是保温过程中第一个出现的也是唯一出现的连续单相层,NiAl3层则是在冷却过程中形成的;Al基中存在粗大块状和弥散细小状的NiAl3析出相,在NiAl3析出相之间存在无析出区,从界面附近到远离界面,NiAl3析出相和无析出区的尺寸逐渐变小。     

Al/Sn二元扩散偶相界面扩散溶解层的形成机理

采用层片式扩散偶制备技术制备Al/Sn扩散偶,在不同热压温度条件下进行热处理,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、XRD衍射仪等研究Al/Sn扩散偶扩散溶解层的形貌特征与形成机理。结果表明:在0.5 MPa和230℃烧结条件下,Sn元素优先沿Al晶界扩散,然后沿其表面扩散;随着扩散时间的延长,Al与Sn元素间扩散和溶解程度增大,界面区无新物相生成,最终形成由Al和Sn的离异合金组织组成的界面过渡层且呈锯齿状形态分布;Al/Sn界面冶金结合是Al和Sn固相扩散、溶解与结晶共同作用的结果。     

Ti/Al固相扩散反应行为表征及动力学研究

本研究在Ti和Al均过量时,表征了Ti/Al在520℃~630℃范围内不同时间下的固相扩散反应行为。结果发现,当试样退火46小时后,Ti/Al界面的反应产物为单一相TiAl3,而且TiAl3/Al界面上的TiAl3生长速度比Ti/TiAl3界面上的TiAl3生长速度快。此外,本研究建立了TiAl3生长动力学模型,Ti/Al扩散反应激活能为170.1 kJ/mol,动力学指数为n=0.5,TiAl3生长随时间呈抛物线规律增长,利用Ti/Al复合粉末体作为试验材料,证明了所建立的TiAl3生长动力学方程的正确性。     

原位自生TiAl3增强Al基复合材料的组织结构及形成机理研究

采用冷喷涂技术沉积Ti-80Al（wt.%）复合涂层,通过热处理获得了原位自生TiAl3金属间化合物颗粒增强Al基复合材料涂层。采用SEM、EDS和XRD等分析了冷喷涂Ti/Al复合涂层在不同热处理温度下的组织结构演变规律及Ti、Al粒子间原位扩散反应过程,并对TiAl3金属间化合物的形成机理进行了探讨。结果表明,冷喷涂Ti/Al复合涂层组织致密,其相结构与喷涂粉末完全相同,450℃热处理后涂层局部区域发生Ti、Al间的固态扩散反应,并在Ti、Al粒子界面原位形成TiAl3金属间化合物,随着热处理温度升高,TiAl3金属间化合物的含量显著增加,600℃热处理后,Ti/Al复合涂层中的Ti粒子全部转变为TiAl3金属间化合物,获得原位自生TiAl3颗粒增强的Al基复合材料.     

层叠Ni/Ti热扩散形成金属间化合物的规律

选择Ni和Ti粉末及其机械合金化粉末制备Ni/Ti扩散偶,利用扫描电镜和X射线衍射等手段研究了Ni/Ti扩散偶在固相热处理作用下金属间化合物的形成及生长规律.随着热处理温度的提高,Ni3Ti,Ti2Ni和NiTi金属间化合物的数量增加明显;随热处理保温时间的增加,NiTi金属间化合物呈抛物线规律生长,而对Ni3Ti和Ti2Ni的生长影响不大.结果表明,金属间化合物在形成过程中,Ni3Ti和Ti2Ni优先形成,达到一定厚度后,NiTi金属间化合物开始形成并快速增长.     

退火处理对Al/ZE42/Al复合板界面组织和腐蚀行为的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、盐水浸泡等方法研究了退火热处理工艺对Al/ZE42/Al复合板界面微观组织和该复合板在5.0%Na Cl(质量分数)水溶液中腐蚀行为的影响。实验结果表明:Al/ZE42/Al复合板经退火处理后,界面区域发生Mg和Al等元素的互扩散,界面扩散层包含2个反应层,靠近ZE42镁合金一侧的反应层为Mg_(17)Al_(12)相,靠近Al板一侧的反应层为Al_3Mg_2相,随着退火温度的升高或者保温时间的延长,ZE42/Al界面扩散层的厚度增加,ZE42镁合金发生了再结晶组织转变;退火热处理没有明显改善Al/ZE42/Al复合板的耐腐蚀性能,提高了腐蚀速率,其腐蚀机制为复合板边部向内部扩散而导致的电偶腐蚀加剧。     

固/液熔接CuW/ZL101A界面结合机理

采用固/液熔接法制备了CuW/ZL101A整体材料,并对CuW/ZL101A扩散溶解层组织结构与形成机制进行了研究。实验表明,当熔接条件为(690~705)℃/60 min可以获得良好的结合界面,其界面结合为扩散与溶解结合,界面扩散溶解层主要由平面状扩散溶解层、柱状方向性扩散溶解层、共晶扩散溶解层3部分组成,其生长方向均趋于沿界面法线方向生长,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察和分析了各扩散溶解层的新相组成。以705℃/60 min为例,分析了整体界面扩散溶解层组织结构演变和形成机理:平面状扩散溶解层和柱状方向性扩散层分别由铜钨界面原子沿CuW界面形核结晶横向生长连成整体形成小平面状扩散溶解层,再转向正常纵向生长所形成;共晶扩散溶解层是由接近及远离共晶成分点的铝铜形成层片状伪共晶及网状离异共晶组织;以熔接690℃保温不同时间对界面扩散溶解层的影响可知:随着熔接时间延长,界面扩散溶解层形貌相同,无新相层的形成,仅扩散厚度存在差异。     

Al/Ti扩散层形成的扩散溶解机制

分别在铝组元熔点之下和之上对Al/Ti镶嵌式扩散偶进行退火热处理,形成固-固和固-液扩散偶.利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子探针显微分析仪观察和分析Al/Ti固-固和固-液扩散层的形态和结构,并对其形成微观机理进行了研究.结果表明,Al/Ti固-固扩散层由一层TiAl₃构成;固-液扩散层由TiAl₃单相层与TiAl₃和Al(Ti)固溶体双相层两层构成,双相层TiAl₃和Al(Ti)固溶体的形态自铝向钛呈现规律性变化.Al/Ti固-固TiAl₃扩散层和固-液TiAl₃单相层的形成都是铝扩散溶解到钛中形成以钛为溶剂的Al-Ti固溶体结晶形成的;而Al/Ti固-液TiAl₃和Al(Ti)固溶体双相层是钛先溶解再扩散到液态铝中形成的Al-Ti液溶体结晶形成的.铝液中Ti原子浓度自铝向钛逐渐升高,导致了双相层TiAl₃和Al(Ti)固溶体形态的规律性变化.     

TiAl/Ag-Cu-Ni-Li/35 CrMo感应钎焊接头的组织特征

利用扫描电镜、电子探针及能谱分析等方法,对TiAl／Ag-Cu-Ni-Li／35CrMo感应钎焊的接头组织进行了研究。结果表明,钎焊焊缝沿圆柱试件径向出现宽、窄两反应区：钎焊试件外侧为宽反应区,内侧为窄反应区．两区界线明显。900℃保温5min时的钎焊接头组织结构为：TiAl／TiAl与钎缝间的扩散层／富Ag、Cu相／Ti(Cu,Al)2相／富Ag相／AlM2Ti相(M代表Fe,Cu,Ni)／钎缝与35CrMo间的扩散层／35CrMo。靠近TiAl侧的反应层组织形态依次为等轴细晶和Ti(Cu,A1)2相柱状晶,Ti(Cu,Al)2相柱状晶与TiAl母材存在一定的位向关系。     

焊后热处理对钛/铝FSB接头组织及性能的影响

研究了6082铝合金和TC4钛合金分别添加钎料锌和镍下的搅拌摩擦钎焊(FSB)搭接接头微观组织及焊后热处理后接头界面金属间化合物(IMC)的生成种类和先后顺序以及生长动力学模型。研究表明:添加钎料锌时,界面金属间化合物主要由AlZn、TiAl、TiAl2、TiAl3组成,先后顺序为TiAl2→TiAl3→TiAl→AlZn,并获得了界面IMC层的生长动力学模型为;添加钎料镍时,界面金属间化合物层主要由TiNi、Al3Ni2、Ti3Al和TiAl组成,先后顺序为776 K以下,Ti-Ni-Al焊接界面金属间化合物形成的顺序是Al3Ni2→TiNi→TiAl→Ti3Al,776 K以上时生成顺序为Al3Ni2→TiNi→Ti3Al→TiAl,并获得了界面IMC层的生长动力学模型。界面IMC层的厚度均随着温度的提高或保温时间的延长而增加。添加锌的接头的剪切强度由未热处理时的154 MPa提高到194 MPa,而添加钎料镍的接头由142 MPa提高至166 MPa。     

Reaction behaviors occurring in Ti/Al foil metallurgy

Reaction behaviors occurring in Ti/Al foil metallurgy were systematically investigated.Particular emphasis was focused on the reaction between solid Al and Ti as well as subsequent reaction between TiAl_3 and Ti layer.In the solid reaction between Al and Ti,the presence of residual Al is mainly caused by inhomogeneous growth of TiAl_3 layer and micro-voids existing at the interface.However,through reaction between molten Al and Ti,TiAl_3/Ti multilayer can be achieved with complete consumption of Al.During subsequent high-temperature heat treatment,TiAl_3/Ti multilayer will eventually turn into Ti_3Al/TiAl multilayer accompanying with simultaneous formation and successive disappearance of intermediate phases,such as TiAl_2 and Ti_2Al_5.Moreover,it is found that the growth direction of TiAl layer changes as a function of annealing time between different couples in multi-intermetallics system.     

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。     

Effects of Joining Conditions on Microstructure and Mechanical Properties of C_f/Al Composites and TiAl Alloy Combustion Synthesis Joints

Cf/Al composites and TiAl alloy were joined by combustion synthesis in different joining conditions.Effects of additive Cu,joining temperature and holding time on joint microstructure and shear strength were characterized by employing DTA,SEM,EDS,XRD and shear test.Results show that the additive Cu in the Ti–Al–C interlayer could significantly decrease the reaction temperature owing to the emergence of Al–Cu eutectic liquid.Reaction degree of the interlayer was influenced by joining temperature and holding time.Due to the barrier action of formed TiAl3 layer,reaction rate of Ti and Al was determined by the atoms diffusion.The reaction between Ti and Al was more sensitive to the joining temperature rather the holding time.The joints shear strength was influenced by joining condition directly.The maximum shear strength of CS joints was 25.89 MPa at 600 °C for 30 min under 5 MPa.Interface evolution mechanism of the CS joint was analyzed based on the experimental results and phase diagram.     

TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物的扩散连接

对TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物进行了扩散连接试验，研究了直接扩散连接和采用Ni为中间层进行扩散连接的接头界面结构及工艺参数对界面结构和连接性能的影响。直接扩散连接时，连接界面处生成了Ti(Cu，Al)2金属间化合物，采用Ni为中间层进行扩散连接时，界面处生成了单层TiAlNi2金属间化合物层和两层T1，Al，N2扩散层共三层结构。直接扩散连接时，连接温度T＝1223K，时间t=1．8ks，压力p＝80MPa时接头强度为103MPa；采用Ni为中间层时，连接温度T＝1273K，时间t=1．8ks，压力p=80MPa时接头强度为110MPa。     

Ti／Al扩散焊的接头组织结构及其形成规律

以TA2和L4为焊接材料进行扩散焊，结合剪切断口形貌，XRD分析，SEM分析和接头强度测试，研究了Ti／Al扩散焊的接头形成规律。结果表明，接头形成过程包括互扩散形成冶金结合、冶金结合区生成新相、新相颗粒长大连接成片层、新相片层按照抛物线规律生长4个阶段。TiAl3是扩散反应的初生相，且在较长时间内是唯一生成相。它的生成具有一定延迟时间tD，tD受温度影响很大。接头强度取决于扩散区中冶金结合的程度及界面结构，在TiAl3新相连接成片层之后，接头强度达到甚至超过L4型Al母材。接头剪切断裂发生在界面扩散区的Al侧或Al母材内部。     

Interface evolution of TiAl／Ti6242 transient liquid phase joint using Ti, Cu foils as insert metals

The interface evolution of TiAl/Ti6242 joint produced by transient liquid phase(TLP) bonding with Ti,Cu foils as insert metals was investigated. The results show that the surface oxide layer on TiAI plays a very important role in the formation process of the joint. A ‘bridge‘ effect is observed because of the presence of the oxide layer on the surface of TiAl. The diffusion behavior of Cu atoms in TiAl is strongly controlled by the vacancies beneath the surface of TiAl. Based on the interface diffusion and interface wettability, a mechanism for the effect of bonding pressure, bonding temperature, holding time and stacking sequence of the insert foils on the joint formation process were proposed.     

Interface structure and formation mechanism of diffusion-bonded joints of TiAl-based alloy to titanium alloy

0　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｉＡｌｂａｓｅｄａｌｌｏｙｓｈａｖｅａｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｔｏｂｅｃｏｍｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｃａｎｄｉｄａｔｅｓｆｏｒｒｅｐｌａｃｉｎｇｈｅａｖｉｅｒｎｉｃｋｅｌｂａｓｅｄｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓａｎｄｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｓｉｎｆｕｔｕｒｅｊｅｔｅｎｇｉｎｅｓｏｗｉｎｇｔｏｔｈｅｉｒｐｒｏｍｉｓｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｕｃｈａｓｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙ,ｈｉｇｈｅｌｅｖａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈ,ａｎｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｏｘｉｄａｔｉｏ…