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。     

SPS烧结W-10Ti合金的组织和性能

采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了W-10Ti合金。通过扫描电镜和能谱分析了合金的微观组织,利用Den Broeder方法计算了合金的互扩散系数,测试了合金的密度和显微硬度,并与真空烧结的合金进行了对比。结果表明:与真空烧结相比,SPS烧结的合金组织均匀,富钛相少且细小,W在富钛相中的固溶度和Ti在富钨相中的固溶度都有所增加,且Ti在富钨相中的固溶度增加得更多。W-Ti合金的互扩散系数与W的摩尔浓度有一定的依赖关系,随着W摩尔浓度的升高呈先减小后增大趋势,SPS烧结的合金互扩散系数比真空烧结高出2个数量级。SPS法制备的W-Ti合金相对密度为96.1%,显微硬度HV0.05为5.21 GPa。     

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.     

实用型数值回归法在三元铝合金互扩散系数计算中的应用

制备了bcc结构Al-Fe-Mn和fcc结构Al-Cu-Ni三元铝合金单相固态半无限长和有限长(或薄膜型)扩散偶,通过EPMA测得相应成分-距离曲线,并采用实用型数值回归法计算了相应合金体系1273 K时随成分变化的互扩散系数,所得结果均满足热力学稳定条件.基于所测得互扩散系数及Fick第二定律,重现了实验测定的成分-距离曲线,证实了所获得互扩散系数的可靠性.进一步分析结果表明,该实用型数值回归法不仅可以高效准确地计算单相三元扩散偶随成分变化的互扩散系数,还能很好地解决传统方法不能处理的情况,如扩散通道上无交点的扩散偶和有限长(或薄膜型)扩散偶等.     

电弧离子镀沉积Cr-O-N活性扩散阻挡层

采用电弧离子镀技术在NiCoCrAlY涂层与高温合金基材DSM11间沉积不同成分的Cr-O—N薄膜作为扩散阻挡层，研究了900℃下氧化1400h后DSM11／Cr—O—N／NiCoCrAlY体系中Cr-O-N层阻挡合金元素互扩散的行为以及阻挡层对涂层氧化动力学曲线的影响．结果表明，Cr-O-N层在高温氧化过程中生成与涂层和基材有良好结合的富Al氧化物层，可以阻挡DSM11基体与NiCoCrAlY涂层间的元素互扩散，起到活性阻挡层的作用；Cr-O-N层中。和N含量影响生成富Al氧化物层的连续性和致密性，从而影响其阻挡元素互扩散的性能．几种成分的Cr-O-N活性扩散阻挡层对NiCoCrAlY涂层900℃下的高温氧化性能都有一定的改善作用，改善程度与阻挡层阻挡合金元素互扩散的程度保持一致．     

Ti基复合材料制备及热处理条件下扩散连接的理论及实验研究

通过Ti6A14V／TA1扩散偶的制备及其热处理试验，运用OPM，SEM以及EDS技术对扩散连接区域的组织、形貌、成分进行分析。结果表明：扩散连接界面充分结合，合金元素A1和V从Ti6A14V侧向TA1侧扩散，而Ti原子向Ti6A14V侧扩散，其成分过渡区满足抛物线规律；同时，根据柯勒方程，借助米德玛生成热模型，从热力学上推导三元体系的计算公式，得出热力学相互作用因子，并根据求得溶质元素的互扩散系数，通过唯象公式的数值解法，得出扩散元素在连接界面处的理论浓度分布图：实验值与理论模拟结果吻合得很好，因此，能够很好的预测扩散连接界面相关元素的浓度分布。     

难熔金属合金及其高温抗氧化涂层研究现状与展望

难熔金属合金具有熔点高、高温强度高和加工性能良好等优点,被广泛用于航空航天、核工业等领域,但其高温抗氧化性能较差,涂覆高温抗氧化涂层是解决难熔金属合金热/氧防护问题的有效方式。概述钼、铌、钽、钨、铼等五种难熔金属合金国内外常用合金牌号及其主要性能,总结这五种难熔金属合金的高温抗氧化涂层常用体系、制备方法及其高温抗氧化性能,并提出多组元成分设计、复合梯度结构设计以及制备方法组合优化将是涂层研发的发展方向,有望逐步满足难熔金属合金各类热端部件的高温防护需求。     

氢化钛高温分解制高纯WTi合金

本研究分析了Ti H2高温分解释氢的特性,将其应用于高纯WTi合金靶材的热压成型制备中。讨论了热压过程工艺对烧结样品纯度及原料配比对烧结坯微观组织的影响,采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、碳硫分析、氧氮氢分析仪、辉光放电质谱法(GDMS)等观察WTi10样品的微观形貌及检测杂质含量。结果表明,随着Ti H2在Ti成分中占比的提高,烧结出的WTi合金的气体杂质含量减少,烧结WTi10合金的微观组织更趋均匀,W元素无扩散至Ti基体内形成纤维状富钨相倾向逐渐减弱。研制出纯度99.9993%的超高纯WTi10靶材制品。     

Co-Cr-Re三元体系FCC相的1373和1473 K扩散动力学研究

制备了8对Co-Cr-Re体系FCC相的扩散偶样品，采用电子探针X射线显微分析仪测量其成分-距离曲线，利用Whittle-Green方法获得互扩散系数。在评估并确定了该体系子二元系的原子移动性参数后，结合热力学数据库与互扩散系数试验数据，评估优化三元系的原子移动性参数。通过对比成分-距离曲线、扩散通道和主扩散系数的计算结果与试验数据，验证了Co-Cr-Re三元体系原子移动性参数的准确性。     

溶质相互作用对Al-3Cu-1Mg合金枝晶组织的影响

应用三维元胞自动机模型模拟了Al-3Cu-1Mg合金的树枝晶组织,研究了溶质互扩散对枝晶组织的影响。采用两种方式处理溶质扩散系数:(1)溶质扩散系数与溶质成分和温度有关,不考虑溶质互扩散系数;(2)耦合计算溶质扩散矩阵,即考虑溶质互扩散的影响。结果表明,枝晶尖端选择参数比边缘稳定性理论给出的值小。由于Al-Cu-Mg体系中两种合金元素的相互吸引作用,在溶质互扩散时,枝晶尖端生长速度较小,而尖端半径较大。     

TiNbTaZr难熔高熵合金/W真空扩散焊组织及性能

TiNbTaZr难熔高熵合金和钨在不同温度下进行真空扩散焊,采用SEM、TEM、XRD和万能试验机等手段研究了各参数下接头界面的微观组织演变、元素扩散行为和力学性能。结果表明,各参数下两种材料均实现了良好连接。接头界面靠近基体两侧组织形成两类反应层,其中TiNbTaZr侧生成富Ta(Nb、W) BCC相和富Zr BCC相,钨侧为单相。元素扩散层宽度随温度升高而增大,最宽达52.77μm。接头剪切强度随温度升高而增加,最高为155 MPa。断裂机制为脆性断裂,接头均在钨侧反应层断裂。     

基于Sauer-Freise方法的Co-Mn体系fcc相互扩散系数的研究

为了测定Co-Mn二元系fcc相的互扩散系数,实验制备了Co/Co-20at%Mn、Co/Co-32at%Mn和Co/Co-40at%Mn三种扩散偶,分别置于不同温度和时间条件下进行扩散,并采用电子探针显微成分分析(EPMA)得到扩散微区的成分浓度曲线,运用Sauer-Freise方法进而拟合得到互扩散系数。研究表明:本实验得到的扩散系数与日本学者Iijima的实验结果基本一致,但在950℃及1100℃温度下,当Mn含量高于20at%时,两者数据相差较大,故在高Mn区仍需补充扩散实验。     

Al-Ti-C合金体系在Al表面的氩弧熔覆研究

为了改善铝合金表面的耐磨性,提高其应用价值,采用钨极氩弧焊,将Ti,Al,石墨混合一定比例并压制成近40mm×10mm×1mm的合金粉块,通过调整焊接工艺参数,在纯铝表面熔覆了Al-Ti-C合金体系的堆焊层。采用扫描电镜和XRD射线仪对试样进行组织成分检测及物相分析。结果表明,该涂层成形良好,与基体呈冶金结合状态,无裂纹,无气孔,没有生成Al4C3脆性相。但堆焊层中有Ti,C扩散不完全而偏聚,没有完全生成TiC颗粒。明确了提高焊接热输入将有利于体系反应的完全进行,从而生成TiC颗粒增强的复合材料涂层。     

半导体用高纯钨靶材的制备技术与应用

难熔金属钨及钨合金由于具有高温稳定性好、电子迁移抗力高以及电子发射系数高等优点,在半导体大规模集成电路制造过程中有着广泛的应用。本文对半导体用高纯钨及钨合金靶材的应用领域、性能要求以及制备方法进行了详细的分析,并对其发展趋势进行了展望。高纯钨及钨合金靶材主要用于制造半导体集成电路的栅电极、连接布线、扩散阻挡层等,对材料的纯度、杂质元素含量、致密度、晶粒尺寸及晶粒组织均匀性等方面都有着极高的要求。高纯钨及钨合金靶材主要采用热压、热等静压等方式来制备,采用中频烧结+压力加工的方式可以制备出高纯度、高致密度的钨靶材,但晶粒尺寸及晶粒组织均匀性控制方面,与热等静压制备的钨靶仍有一定的差距。     

FCC Ni-Cu及Ni-Mn合金互扩散系数测定

结合扩散偶技术及电子探针微区分析技术,利用Sauer-Freise方法,得到FCC NiCu合金在1 123、1 273 K温度下的互扩散系数和Ni-Mn合金在1 273 K温度下的互扩散系数。实验证实互扩散系数是温度与成分的函数。利用所得互扩散系数外推得到1 123、1 273 K温度下Cu在Ni中的计算杂质扩散系数和1 273 K温度下Mn在Ni中的计算杂质扩散系数。     

Nb-Ni-Ti体系氢分离合金膜的结构和渗氢性能研究

开展了Nb-Ni-Ti体系氢分离合金膜的结构和渗氢性能研究。采用XRD、SEM分析膜片的相结构和组织特征,利用Devanathan-Stachurski双电解池法测定膜片的氢扩散系数,考察膜片厚度、成分和结构组织对其氢扩散系数的影响。实验结果表明:氢分离膜的氢扩散系数均随膜片厚度的增加而增大。制备的Nb-Ni-Ti体系合金膜都具有两相结构,即先析出相(bcc-Nb(Ni,Ti)固溶体)和共晶相(bcc-Nb(Ni,Ti)+β2-NiTi),个别成分点有少量的第三相NiTi2生成。膜片成分和组织结构对氢扩散系数影响显著,当合金中先析出固溶体相比例增加时,合金中的氢扩散系数也随着增大,而Ni,Ti含量的变化引起共晶相变化,NiTi相及NiTi2相都不同程度增加了共晶相的相比例而引起氢扩散系数的降低,但同时在结构上改善了合金在吸氢膨胀过程中发生的氢脆现象。氢在Nb-Ni-Ti体系氢分离膜中的扩散系数在10-9数量级范围。     

非难熔钨合金的微观组织及力学性能

通过成分设计,制备出了一种非难熔的钨合金,为普通熔炼设备熔炼及成形钨合金奠定基础。通过对合金微观组织的分析,查明了合金获得较低熔点的原因：钨合金中加入一定含量的碳后,形成低熔点Fe和Fe3C共晶相,并且钨合金中没有单质的难熔金属钨相存在,从而使钨合金的熔点处于非难熔水平。通过压缩试验表明,Er可以同时提高非难熔可铸造的钨合金的强度和塑性。采用普通熔炼设备制备钨合金有望成为一种新的钨合金制备方法。     

Ni-Cr-W三元系富Ni侧fcc相的互扩散及原子迁移率参数研究

利用电子探针微量分析与Whittle-Green方法确定了在1200℃下退火72 h的Ni-Cr-W三元合金体系的互扩散系数。通过DICTRA软件包对实验互扩散系数进行评估以确定原子迁移率。通过全面分析比较模型预测的扩散特性和实验数据的良好一致性验证了原子迁移率的合理性。Ni-Cr-W三元体系中的扩散现象,如扩散路径和浓度-距离曲线可以通过获得的原子迁移率合理地描述,进一步证明了本研究所获得的原子迁移率参数的可靠性。     

CoCrFeMnNi高熵合金作为中间层的Cu/304不锈钢扩散连接研究

将CoCrFeMnNi高熵合金作为中间层,采用真空固态扩散方法实现Cu/304不锈钢的连接,通过SEM、EDS以及显微硬度测试,研究温度对扩散反应机理及性能的影响,采用Fick第二定律计算Cu/Fe原子在高熵合金中的扩散系数,借助XRD以及高熵合金中固溶体相形成判据分析扩散界面的相组成。结果表明:在800～900℃下,高熵合金与Cu和304不锈钢分别实现了稳固连接,界面处发生了元素的互扩散,随着温度的升高,Cu/Fe在高熵合金中的平均扩散系数增加;Cu/CoCrFeMnNi高熵合金和CoCrFeMnNi高熵合金/304不锈钢扩散界面处均未形成脆性金属间化合物;扩散界面处硬度呈连续变化趋势。研究表明,CoCrFeMnNi高熵合金是一种可用于Cu/304不锈钢异种材料扩散连接的阻挡层材料。     

合金元素的扩散对制备Ti基复合材料的影响

根据柯勒(Kolher)对称热力学模型,同时借助于米德玛(Midema)生成热模型,从热力学上推导出三元体系的计算公式,得出Ti6A14v、Ti600、Super α2和Ti2AlNb 4种基体合金系中各组元的活度系数以及活度相互作用系数,利用扩散系数的热力学因子和组元的示踪扩散系数及自扩散系数,进一步得到基体合金系中相关组元的互扩散系数.4种基体合金系中Ti元素的活度系数顺序为:γTi in Ti3Al4V＞γTi in Ti600＞γTi in superα2＞γTi in Ti2AlNb,主要的合金元素Al在4种基体中的互扩散系数的顺序为:(D)Al in Ti600＞(D) Al in Ti6Al4V＞(D) Al in Ti2AlNb.