Synthesis of Ultrafine Crystal/Nanocrystalline TiAl-based Alloy by in Situ Sintering

本文研究了原位烧结法制备TiAl基超细晶/纳米晶合金。首先,通过球磨方式细化TiH2, Al, Si 和 Nb 粉,然后将球磨后粉末进行放电等离子烧结。利用X-射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜分析球磨粉末及其烧结块体的特性,利用差热分析仪测试高温抗氧化性。试验结果显示,球磨过程中产生了非晶、Ti3Al纳米晶和TiH2的分解产物,球磨后粉末经高温烧结时,这些细小粉末迅速地转变成TiAl和Ti3Al相,TiAl相的晶粒尺寸为500nm~1μm,Ti3Al相为几个纳米,这种超细烧结组织在1000℃下非常稳定,而且具有良好的抗氧化性。     

原位烧结法合成超细晶/纳米晶TiAl基合金（英文）

研究了原位烧结法制备TiAl基超细晶/纳米晶合金。首先,通过球磨方式细化TiH2,Al,Si和Nb粉,然后将球磨后粉末进行放电等离子烧结。利用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜分析球磨粉末及其烧结块体的特性,利用差热分析仪测试高温抗氧化性。试验结果显示,球磨过程中产生了非晶、Ti3Al纳米晶和TiH2的分解产物,球磨后粉末经高温烧结时,这些细小粉末迅速地转变成TiAl和Ti3Al相,TiAl相的晶粒尺寸为500 nm~1μm,Ti3Al相为几个纳米,这种超细烧结组织在1000℃下非常稳定,而且具有良好的抗氧化性。     

钛铝硅铌系粉末的机械合金化及放电等离子烧结组织特征

研究了TiH2-45Al-0．2Si-5Nb和TiH2-45Al-0．2Si-7Nb 2种粉末的机械合金化过程及放电等离子烧结的微观组织结构特征。结果表明，球磨过程中，在粉末粒度减小的同时有TiAl，Ti3Al和Ti2Al金属间化合物产生。球磨30h时，混合粉末所获得的粒度最小。球磨后粉末采用放电等离子烧结，可在很短的时间内完成烧结过程，烧结组织由细小的球状TiAl和Ti3Al相组成，且随烧结时间增加微观组织晶粒更为细小。     

双步球磨与放电等离子烧结制备细晶TiAl合金

采用双步球磨法和放电等离子烧结(SPS)技术制备细晶Ti-47Al(at%)合金,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪以及透射电子显微镜(TEM)等分析测试手段对球磨后的粉末形貌结构、相组成以及烧结块体的显微组织结构进行观察和分析。结果表明:双步球磨粉末的颗粒形状较规则,其颗粒尺寸在20~40μm之间,内部结构均匀,主要由TiAl和Ti3Al相组成。放电等离子烧结后的块体主要由主相TiAl和少量的Ti3Al相及Ti2Al相组成,随着烧结温度的升高,Ti3Al相含量有所增加。当烧结温度为1000℃时,烧结块体获得的主要是等轴晶组织,等轴晶粒尺寸大多数在100~250nm之间。当烧结温度为1100℃时,烧结块体致密、无孔洞,等轴晶粒有明显长大的现象,显微组织主要由等轴状的TiAl相和片层状的Ti3Al相组成。     

细晶TiAl基合金的制备及高温氧化行为

采用机械合金化及放电等离子烧结方法制备超细晶/纳米晶TiAl基合金,并利用差热分析仪进行循环高温氧化试验,研究粉末机械合金化对烧结细晶粒TiAl基合金组织及高温氧化性能的影响。结果表明,球磨是获得细晶粒组织的原因,粉末经球磨及放电等离子烧结后,形成了细小、球状的TiAl和Ti3Al相组织;该细晶粒组织在高温循环氧化条件下显示出较高的抗氧化性,且随Nb量增加抗氧化性得到提高,升温阶段的氧化速率最快。     

高纯度Al3Ti粉末的制备及细化

以Ti、Al粉末为原料,对比研究了利用直接烧结法与球磨和烧结结合法制备较纯Al3Ti粉末的Ti、Al摩尔比和温度,并探讨了将该金属间化合物细化至纳米级粉末的可能性.结果表明,球磨和烧结结合法可降低Al3Ti的形成温度,得到更加细小的微米级别的Al3Ti粉末.球磨过程虽未直接形成AlsTi相,但粉料的细化和良好的结合、形核相的急剧细化、大量新鲜表面的存在、组元活性的增强等促使了反应温度和颗粒大小的降低.球磨烧结时Ti、Al的摩尔比为理论摩尔比1.0:3.0,大大小于直接烧结法所需的摩尔比1.0:2.5,且可避免直接烧结反应形成Al3Ti颗粒时内部有可能存在的"Ti核".利用机械球磨对Al3Ti相的细化表明,可利用常用的设备,在适当的气氛保护下就可制备得到纳米级的金属间化合物.     

反应合成Ti3Al/TiC＋Al2O3复合材料烧结过程热力学分析

将高能球磨后的Ti-Al粉末和TiC,Al2O3粉末混合进行热压烧结,在烧结的过程中反应生成金属间化合物为增强相的复合材料.通过对粉料的X射线衍射分析、热分析（DSC）和烧结体的成分分析表明,最终的金属间化合物只有Ti3Al而没有其它金属间化合物相.通过热力学计算,分析了反应烧结过程并发现在低温由固相间原子扩散控制生成TiAl3,TiAl,Ti3Al的渐进过程,和在高温下金属间化合物的合成机理,而且增强相和基体界面间处于稳定状态.     

超细晶/纳米晶γ-TiAl基合金的流变行为研究

摘要：本文采用高能球磨及真空热压烧结方法制备超细晶/纳米晶双相γ-TiAl基合金。将Ti、Al、Nb单质粉末经25h高能球磨配制成名义成分为Ti-45Al-5Nb(at.%) 的纳米级混合粉末。球磨后的混合粉末经真空热压烧结（烧结温度1200℃,压力30MPa,保温保压1h）,原位合成Ti3Al 及γ-TiAl双相等轴状合金组织,烧结组织由小于500nm的等轴γ-TiAl相和纳米晶Ti3Al相组成。利用Gleeble-1500D对合金进行热压缩模拟实验,变形温度为1100℃-1200℃、应变速率10-4-10-2s-1,研究该合金压缩组织及流变行为。研究结果表明：与γ-TiAl合金微米级晶粒组织相比,超细等轴双相TiAl+Ti3Al组织明显降低了流变峰值应力,使其在2-2.5%应变量时就达到最大,流变应力随应变速率的降低和温度的升高而降低。同时建立流变应力本构方程,反映一定条件下流变过程中材料的结构特性。随温度升高γ相的孪生倾向显著增加,形变主要发生在基体γ-TiAl相中,晶界滑移、位错及孪晶为等轴双相γ-TiAl合金的高温形变机制,动态回复和再结晶为其软化制。     

机械活化Ti_(47)Ni_(47)Al_6粉末的烧结性能

采用机械活化和粉末冶金方法制备Ti47Ni47Al6合金,通过光学显微镜、配备能谱分析的扫描电镜、X射线衍射仪、维氏硬度及抗弯强度测试手段研究机械活化对烧结合金显微组织和性能的影响。结果表明:随着球磨的进行,粉体中Ti和Ni的晶格常数增大,球磨20 h的Ti47Ni47Al6粉末形成了Ti-Ni-Al三元复合粉,但无新相形成。与球磨1 h粉末烧结制备的合金相比,球磨20 h的机械活化粉末烧结合金中Ti2Ni(Al)和Ni3Ti(Al)强化相数量、致密度、硬度及抗弯强度均增加。     

球磨工艺对原位合成Al2O3/TiAl复合材料性能的影响

采用不同的球磨时间和球料比,实现了Ti、Al、TiO2和Nb2O5粉末的机械合金化,并以其为原料采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了Al2O/TiAl复合材料.利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等对球磨后粉末的形貌、大小、相组成以及其烧结后复合材料的组织进行了观察分析.结果 表明:球磨时间和球料比对粉体的形貌、尺寸和均匀度均存在影响,但延长球磨时间有利于粉体的机械合金化,而球料比对合金化程度影响较小.将球料比5∶1,球磨6h后的粉体在1000℃、40 MPa真空环境下烧结10 min,制备了Al2O3/TiAl复合材料,其显微组织主要由γ-TiAl、α2-Ti3Al、Al3Nb,以及分布在基体晶界处的Al2O3组成,压缩强度为1476 MPa,硬度为490 HV.     

不同SPS烧结温度Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金的显微组织及力学性能(英文)

采用高能球磨和放电等离子烧结(SPS)技术,制备成分为Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)的TiAl合金块体,随后对TiAl合金进行热处理。研究在不同SPS烧结温度下制备的TiAl合金经过热处理后的显微组织和力学性能。结果表明:高能球磨后的合金粉末形状不规则,粉末颗粒尺寸大约为几十微米。XRD分析表明,机械球磨后的粉末由TiAl和Ti3Al两相组成;烧结后的Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金块体主要是TiAl相,以及少量的Ti3Al和TiB2相。当烧结温度为900°C和1000°C时,合金的显微组织为双相结构,并伴随有一些细小的等轴γ晶粒和细小的针状TiB2相。当烧结温度从900°C上升到1000°C时,Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金的显微硬度变化不大,抗压强度从1812MPa提高到2275MPa,压缩率从22.66%增加到25.59%,合金的断裂方式为穿晶断裂。     

双步球磨和放电等离子烧结TiAl基合金的显微组织和力学性能(英文)

采用双步球磨法和放电等离子烧结技术制备细晶Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B-0.5Ta-0.225Y(摩尔分数,%)合金,并研究烧结温度、显微组织和力学性能之间的关系。结果表明:双步球磨粉末的颗粒形状较规则,其颗粒尺寸为20～40μm,主要由TiAl和Ti3Al相组成。放电等离子烧结后的块体由主相TiAl、少量的Ti3Al相及Ti2Al和TiB2相组成。当烧结温度为900°C时,烧结块体获得的主要组织是等轴晶组织,等轴晶粒尺寸大多数在100~200nm的范围内,合金的压缩断裂强度为2769MPa,压缩率为11.69%,抗弯强度为781MPa;当烧结温度为1000°C时,等轴晶粒明显长大,TiB2相明显增多,合金的压缩断裂强度为2669MPa,压缩率为17.76%,抗弯强度为652MPa。随着烧结温度的升高,合金的维氏硬度由658降低到616。压缩断口形貌分析表明,合金的断裂方式为沿晶断裂。     

Ni-34Ti钎料钎焊TiAl合金接头界面结构及性能

采用Ni-34Ti共晶钎料实现了TiAl合金的钎焊连接,分析了TiAl合金钎焊接头的界面结构,重点研究了钎焊温度对接头组织及性能的影响规律.结果表明,Ni-34Ti共晶钎料主要由TiNi相和TiNi3相组成,钎料熔点为1 120 ℃.不同钎焊温度下获得的接头界面组织均呈现对称特征,无气孔和裂纹等缺陷,接头中主要形成了TiNiAl2,B2,TiNiAl和TiNi2Al四种物相.Al元素在钎缝中的快速扩散,促进了钎缝中Ti-Ni-Al三元化合物的形成.钎焊温度为1 180 ℃保温10 min条件下,TiAl合金接头获得了最大的室温抗剪强度87 MPa.剪切过程中,裂纹容易在富含TiNi2Al相的区域产生和扩展,大量脆性TiNi2Al相的存在对接头的性能是有害的.     

TiAl与Ni基合金接触反应钎焊接头界面组织及性能

以Ti为中间层实现了TiAl与Ni基合金的接触反应钎焊。采用扫描电镜和电子探针等手段对钎焊接头的界面结构及生成相进行分析,并对接头剪切强度进行测试。结果表明:当钎焊温度为960℃时,钎缝主要由Tiss和Ti2Ni组成;当钎焊温度从960℃升高到1000℃时,钎缝中生成Ti-Al及Al-Ni-Ti化合物,典型界面结构为:GH99/(Ni,Cr)ss/Ti2Ni+AlNi2Ti+TiNi/Ti3Al+Al3NiTi2/Ti3Al+Al3NiTi2/TiAl;钎焊温度继续升高,Ti3Al和Al3NiTi2变得粗大,导致接头性能下降。当钎焊温度为1000℃,保温10min时,接头剪切强度达到最大值233MPa。随钎焊温度的升高,钎缝厚度先增加后减小。     

Ti2AINb基合金多弧离子镀铝层的抗高温抗氧化性能研究

利用多弧离子镀技术在Ti2 AlNb基合金表面制备镀铝层。采用SEM、EDS和XRD分析了膜层的显微组织、化学成分及其相组成,研究了镀铝层的850℃高温抗氧化性能。结果表明：Ti2 AlNb基合金的镀铝层是均匀、致密的,经850℃高温氧化100 h后,表面氧化层主要是Al2 O3,次表层是TiAl3、TiNb4,镀铝有效地提高了Ti2 AlNb基合金的高温抗氧化性能。     

一种高性能TiAl金属间化合物

研究了一种高NbTiAl基合金两种组织状态下的热压缩性能及高温抗氧化性能。结果表明 ,片层组织合金比双态组织合金具有较高的高温抗压强度和屈服强度 ,而塑性较差。Nb的加入有效地提高了TiAl合金的抗氧化性     

浸渗-反应合成Cf/Ti-Al复合材料的反应机理

以Ti粉、纯Al和碳纤维为原料,采用浸渗-反应合成法研制了Cf/Ti-Al复合材料,根据DSC测试结果确定反应合成温度.结果表明:在后期加热过程中,随着反应温度的升高,TiAl3的含量先增多后减少,碳纤维与Al的界面反应逐渐增强,Al4C3和TiC逐渐增多,在高温阶段,氧参与反应,复合材料中有Al2O3生成.通过SEM和XRD测试分析了复合材料内部的显微组织及相组成,同时探讨了Cf/Ti-Al复合材料中各物相形成过程的反应机理.     

液相渗Si提高TiAl基合金的高温抗氧化性

使用液相Al—Si合金对TiAl基合金进行表面渗Si处理，可明显增强TiAl基合金的高温抗氧化性．经1273K，100h的恒温氧化后，不同的表面涂层使合金在40—100h之间的氧化速率降低了2个数量级，恒温氧化100h后的最终氧化皮脱落量也减少3个数量级．液相渗Si使TiAl基合金表面高温抗氧化性能得到大幅度改善，其根本原因是Si与TiAl中的元素Ti结合，降低了Ti的活度，相对增强了涂层中元素Al的活度，而且涂层中Al的绝对含量也得到明显提高，这些均抑制了高温氧化过程中TiO2的生成，涂层最外层形成了致密的Al2O3氧化膜．