Ti_3Al量金属间合金渗铝涂层及其高温氧化行为

本工作研究了两种Ti_3Al(α_2基)金属间合金(Ti22Al-2Mn,Ti26Al-4Nb)粉末包装渗铝涂层及其900℃恒温与循环氧化行为。通过渗铝处理,在合金表面可获得与基体结合良好的TiAl_3涂层,以NH_4F作活化剂,经800℃,2h渗铝后,含Mn合金上的渗铝层界面平直,厚度均匀,约3μpm厚。在相同条件下,含Nb合金上的渗层界面呈波浪形,厚度不均匀。两种合金上的渗铝层都存在贯穿裂缝。经900℃恒温与循环氧化实验测定了渗铝与未渗铝合金的氧化动力学,渗铝后合金的抗氧化性能显著提高,讨论了渗铝层的形成过程以及对提高合金抗氧化性的作用。     

熔盐电解共渗铝硅及渗层的抗高温腐蚀性能

在渗铝涂层中加入少量硅可进一步提高涂层的抗高温氧化和热腐蚀性能。本文作者采用一种新的方法—高温熔盐电解法,在熔融氯化物盐浴中进行电解共渗铝硅,在铁和铁—铬合金上获得了渗铝硅涂层。 用氯化物作为电解质主要优点是无毒和价廉。高温熔盐电解渗铝硅可获得表面光洁、厚度均匀、与基体结合良好的致密渗层。通过控制电解温度、时间和电流密度可容易地控制渗层厚度,所得到的渗层不需随后热处理。 1000℃氧化试验和900℃热腐蚀(盐膜法)结果表明渗铝硅涂层比单纯渗铝涂层具有更好的保护性能。     

渗铝温度对Ti_2AlNb合金高温抗氧化性能的影响

利用双辉等离子表面冶金技术在Ti_2AlNb合金表面制备渗铝层,借助SEM,EDS和XRD研究了3种工艺温度下(720,780和840℃)渗铝层的微观组织及其相组成,并测试了渗铝温度对Ti_2AlNb合金高温氧化性能的影响。结果表明:等离子渗铝层由沉积层和扩散层组成,随着渗铝温度的升高,扩散层厚度不断增加,且内部Al、Ti和Nb元素浓度呈梯度分布。经渗铝处理后的Ti_2AlNb合金在850℃空气中的氧化速度主要受扩散层Al元素与基体Ti、Nb元素之间的热扩散过程控制。氧化动力学曲线呈对数变化规律。在840℃制备的渗铝层具有最佳的抗高温氧化性能。     

合金元素对Co-Al-W合金高温氧化行为的影响

研究新型Co-Al-W合金在800和900℃空气中氧化动力学及元素Mo、Nb、Ta和Ti对合金高温氧化行为的影响。结果表明:在800℃氧化100 h后,Co-8.8Al-9.8W(摩尔分数,%)和Co-8.8Al-9.8W-2Ta合金的质量增加较小,表明其抗高温氧化能力较强;在900℃氧化时,Co-8.8Al-9.8W-2Mo、Co-8.8Al-9.8W-2Nb、Co-8.8Al-9.8W-2Ta和Co-8.8Al-9.8W-2Ti合金的质量增加小于Co-8.8Al-9.8W合金的,表明加入合金元素可以提高合金的抗高温氧化能力;在不同温度下,Co-Al-W合金氧化膜表面出现团聚、开裂和脱落现象;氧化膜分为3层,外层为Co3O4氧化物,中间层为W、Al和合金元素的复杂氧化物,内层为Co和Al的氧化物。从合金氧化动力学曲线来看,在800℃时合金元素增强Co-Al-W合金抗高温氧化能力由强至弱依次为Ta、Ti、Mo、Nb;在900℃时按Ti、Ta、Mo、Nb顺序依次减弱。     

Ti3SiC2表面渗硅涂层的抗高温氧化性能

采用固体粉末包埋法在Ti3 SiC2 陶瓷上渗硅 ,研究了渗硅涂层的抗高温氧化性能 ,用XRD及SEM /EDS分析了渗硅涂层及其氧化后产物的成分、结构和形貌等。结果表明 :渗硅层主要由TiSi2 和SiC组成 ,在空气中氧化时形成了SiO2 和TiO2 的混合氧化物膜。渗硅样品在 110 0℃和 12 0 0℃下的恒温氧化速率比Ti3 SiC2 降低了 2～3个数量级 ,110 0℃下抗循环氧化性能也优于Ti3 SiC2 。但由于渗硅层中存在裂纹 ,循环过程中当裂纹贯穿整个渗硅层时 ,涂层的氧化速度开始增加 ,其保护作用逐步退化。在 110 0℃下空气中循环氧化时 ,经 40 0次循环后涂层已基本失效。     

铌基超高温合金包埋渗铝改性硅化物涂层结构

利用包埋渗法在新型铌基超高温合金表面制备了铝改性的硅化物抗氧化涂层,分析了涂层的相组成、结构及其组织形成过程。涂层制备采用先在1150℃包埋渗硅4h,然后再于800-1000℃包埋渗铝4h的方法。结果表明：渗硅后涂层的相组成为（Nb,X）Si2（X代表Ti,Cr和Hf元素）;再于各温度包埋渗铝后,（Nb,X）Si2层中的平均铝含量随包埋渗铝温度的升高而增加,最高可达10.84at%;当包埋渗铝温度为860-1000℃时会在渗硅层与基体间形成新的铌铝金属间化合物层,且渗入（Nb,X）Si2层中的铝会在局部形成Nb3Si5Al2相。     

包埋渗结合激光熔覆制备复合涂层的高温抗氧化性

为了提高铌合金的抗氧化性能,采用铝硅共渗的方法在铌合金表面制备Al-Si涂层,结合激光熔覆技术于渗层上熔覆MOSi2涂层。探讨了Al-Si渗层的生长机制,研究了铌合金表面Al-Si渗层及MoSi2/Al-Si涂层的抗高温氧化性能。结果表明:Al-Si渗层的形成过程是源于Al、Si元素的先后沉积,优先形成了Al3Nb相。渗层厚度x与保温时间f遵循关系式:x=At1/2+7.4(1000℃:A=11.6,1050℃:A=16.2)。激光熔覆制备的MoSi2/Al-Si涂层均匀连续致密,与基体结合紧密,无裂纹孔洞等缺陷。主要相结构为MoSi2、Al3Nb、NbSi2、Nb5Si3和Mo(Si,Al)2。经1200℃氧化后,Al-Si渗层及MoSi2/Al-Si涂层都形成大量的SiO2保护膜,阻止了氧原子的进一步扩散。与Al-Si渗层相比,MoSi2层表面形成的连续致密混合氧化物有效避免了Al-Si渗层的快速消耗,MoSi2/Al-Si涂层的高温氧化优于Al-Si渗层。     

Y2O3改性渗铝钢组织及抗氧化性能研究

在20钢表面复合电镀Ni-Y2O3层后900℃×6 h扩散渗铝,得到了Y2O3改性的渗铝复合层.利用SEM对渗铝层的显微组织进行了分析,并对渗层氧化性能进行了试验研究.结果表明,在本试验条件下,经Y2O3改性的渗铝层表面更加均匀致密,渗层组织得到细化,同时,抗氧化性能明显提高,其氧化增重为纯铝渗层的2/5.     

Al-Si钎料对Ti3Al基合金的表面改性研究

采用Al-Si钎料液相浸渍的反应方法实现了对Ti3Al基合金的表面改性,且Al-Si与Ti3Al母材之间形成了良好的界面,涂层由TiAl3和TiSi2>组成.经过900℃恒温氧化试验后,在涂层外表面与Ti3Al母材的界面分别出现了Al3O3层、Ti-Si层和TiAl层.表面浸渍处理后的试样相对于未加涂层的Ti3Al试样...     

TiAl合金表面机械研磨渗铝涂层的制备及高温性能

利用机械研磨渗在TiAl合金表面制备了铝化物涂层。在600℃经过150 min的振动处理后,TiAl合金表面形成了约为30μm的涂层。该涂层均匀致密,Al和Ti元素沿涂层均匀分布。XRD分析表明该涂层的相结构为Al3 Ti相。在900℃下,经过300 h的循环氧化后,该铝化物涂层表面形成了一层连续均匀的Al2 O3膜,表现出良好的抗氧化和抗剥落性能。相比之下,TiAl合金空白样表面形成了分层结构的氧化层,主要由Al2O3和TiO2混合氧化物组成,因此表现出较差的高温性能。     

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.     

TiAl_3对TiC粒子在铝基体中分布及α(Al)晶粒形核的影响

研究TiC和TiAl_3细化工业纯铝时TiAl_3的存在对TiC在铝基体中分布及α(Al)晶粒形核的影响,分析Al-Ti-C晶粒细化机制.结果表明:TiC单独作为工业纯铝的晶粒细化剂时,大量TiC被α(Al)晶粒推向树枝晶的晶界处,从而限制了TiC的异质形核作用;当TiC和TiAl_3共同作为晶粒细化剂时,在α(Al)晶粒内部出现了大量TiC粒子,大量的TiC粒子成为了α(Al)的结晶核心,并且在TiC颗粒和铝基体的界面处存在"富Ti过渡区";TiAl_3在铝熔体中分解释放出Ti原子并向TiC粒子周围偏聚,形成的"TiC/铝熔体界面富Ti过渡区" 改善了TiC与α(Al)的结构适应性,降低了TiC粒子的表面张力,促进了TiC粒子在铝熔体中的均匀分布,提高了其形核能力.     

放电等离子合成Ti3AlC2-TiB2复合材料的相形成研究

采用放电等离子烧结工艺,以Ti,Al,B4C,TiC为原料制备Ti3AlC2／TiB2复合材料。通过X射线衍射分析了从600℃到1300℃Ti3AlC2／TiB2系统反应过程的相形成规律。用扫描电镜观察了不同温度下试样的显微组织演变。结果表明,在900℃之前,主要的反应是Ti和Al反应生成Ti—Al金属间化合物,900℃之后,Ti—Al金属间化合物与TiC逐渐生成Ti3AlC2和TiB2相,形成致密Ti3AlC2／TiB2复合材料。     

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.     

燃烧合成Ti_3AlC_2及其热稳定性

采用燃烧合成技术,通过改变Ti、Al和C 3种粉末的比例制备出高纯度的Ti_3AlC_2块体材料,并对其在氩气中的高温热稳定性进行了研究.X射线衍射(XRD)表明合成产物除了含有Ti_3AlC_2外,还含有少量TiC和Ti-Al金属间化合物,经k值法计算得Ti_3AlC_2最高含量为96.7%.耦合等离子-原子发射光谱(ICP-AES)结果表明最高纯度的合成产物中Ti、Al质量分数分别为74.2%和13.7%,与Ti_3AlC_2中Ti和Al含量十分接近.利用SEM对燃烧产物断口进行了观察,发现明显的层片状结构.热重-差热(TG-DTA)结果表明燃烧合成的高纯Ti_3AlC_2在加热过程中没有明显的热效应,说明合成的产物处于近似平衡状态.Ti_3AlC_2的分解温度在1370 ℃左右,同时由于氧化作用而导致试样质量略有增加.     

反应合成Ti_3Al/TiC+Al_2O_3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。     

Ti_4AlN_3陶瓷的相形成机理研究

介绍了Ti4IAlN3陶瓷的结构特点和制备方法。以Ti,Al和TiN粉为原料,采用无压烧结制备的产物来研究Ti4IAlN3的相形成机理。利用X射线衍射（xRD）来确定物相,结果表明：合成Ti4IAlN3的最佳温度为1400℃,保温时间的延长有利于Ti4IAlN3的合成,过量Al能促进Ti4IAlN3的合成,当摩尔配比为n（Ti）：n（Al）：n（TiN）：1：1．2：1．5时,可以合成纯度较高的Ti4IAlN3。     

Calculation of activity coefficients for components in ternary Ti alloys and intermetallics as matrix of composites

Based on Kohler‘s ternary solution model and Miedema‘s model for calculating the formation heat of binary solution, the integral equation was established for calculating the activity coefficients in ternary alloys and intermetallics. The activity coefficients for components in alloy Ti-5Al-2.5Sn, Ti-6Al-4V and intermetallics TiAI, Ti3Al and Ti2 AlNb were calculated with the equations. The calculated data coincide well with the experimental ones found in literatures. According to the calculated activity coefficients and activities, it can be predicted that the interracial reaction in SiC/Ti3Al composite is more severe than that in composites SiC/Ti2 AINb and SiC/TiAl.     

原位反应制备细颗粒TiB2增强铝基复合材料研究

热力学分析和试验结果证实，KBF4、Ti反应剂以一定的Ti／B原子比混合加入熔体，最终反应生成单一TiB2相，能抑制TiAl3等其它相的产生。在此基础上，分析比较了反应剂混合粉以预制块形式加入、气流载入熔体两工艺条件下的TiB2颗粒分布、大小。结果表明：通过氩气流载入反应混合粉，并快速搅拌熔体，可克服TiB2颗粒在晶界的团聚，细化颗粒，获得颗粒小于0．5um、且较均匀分布的TiB2／Al复合材料。     

RuTi/1060Al脉冲熔化极氩弧熔-钎焊接头组织特征

对RuTi钛合金与1060Al进行脉冲熔化极氩弧熔-钎焊(P-GMAW),采用扫描电镜(SEM)、显微硬度仪等对RuTi/1060Al接头显微组织进行分析;对焊缝中的析出相及钛合金侧过渡区进行能谱(EDS)元素分布分析.结果表明,RuTi/1060Al接头焊缝由α-Al树枝晶及分布于树枝晶边界的α-Al+Si共晶组织组成.焊缝中出现了由Ti(Al,Si)₃金属间化合物组成的条状、块状析出相.RuTi钛合金与焊缝之间形成了一层厚度小于10 μm、主要由Ti(Al,Si)₃金属间化合物组成的锯齿状过渡区.随着焊接热输入的增加,Ti/Al过渡区由锯齿状向条状变化.钛合金热影响区主要由针状α″马氏体与条状α'马氏体组成,显微硬度为2.16~2.65 GPa.