氧化铝坩埚与高温合金的界面反应机制

研究了真空感应熔炼过程中氧化铝坩埚与高温合金的界面反应过程。结果表明,高温合金熔炼过程中,合金中的Cr、Al等元素与坩埚内壁中的SiO₂反应生成Si及Cr₂O₃,生成的Si进入到熔体中形成Al₄Si、Cr₃Ni₂Si等硅化物,在高温真空环境下挥发并在熔体液面以上的坩埚壁上形成沉积层;生成的Cr₂O₃与熔体液面以下坩埚壁中的Al₂O₃反应生成粉红色的Al₂O₃-Cr₂O₃固溶体反应层,反应层厚度随坩埚内熔体深度的增加而增大。随坩埚使用次数的增加,合金熔体表面浮渣明显增多。     

冷坩埚感应熔炼对NiTiNb合金成分和组织的影响

采用冷坩埚真空感应熔炼方法制备NiTiNb形状记忆合金,研究了冷坩埚熔炼过程中合金成分与微观组织的主要影响因素,分析了熔炼过程元素损耗的特征及主要原因,并提出了提高合金成分控制精度的方法。研究表明：较高的加热功率和多次熔炼有利于各组元的充分合金化;合金中C、O等杂质的含量随熔炼时间的延长而增加,随真空度的提高而降低,且真空度的影响大于熔炼时间;较慢的熔体冷却速度会导致铸锭中出现柱状晶区,且冷速越慢柱状晶区与凝壳区尺寸均会相应增大;熔炼前期Ni和Ti剧烈反应所引发的飞溅将会加剧合金元素的损耗,通过对合金原料进行补偿修正可大幅提高成分的控制精度。     

TiAl合金定向凝固过程中与坩埚材料的界面反应研究

对定向凝固过程中Ti-47Al合金与氧化铝、氧化锆和石墨坩埚之间的界面反应进行实验研究.通过用光学显微镜和扫描电镜对凝固组织观察发现,TiAl合金与氧化铝坩埚之间的界面反应较为严重,在凝固组织中形成了大量氧化铝夹杂;TiAl合金与氧化锆坩埚的界面反应仅发生在试样表面,但该坩埚在高温下不稳定,并在试棒表面形成一层无法剥离的粘结层;石墨坩埚中的C元素改变了原有TiAl合金的凝固路径,生成了棒状的γ-TiAl相.     

Ni-Cr合金真空钎焊金刚石界面反应的热力学与动力学分析

采用Ni-Cr合金钎料，适当控制钎焊工艺，实现了金刚石与钢基体的高强度连接。采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)及X射线衍射结构分析了真空加热条件下，Ni-Cr合金钎料与金刚石之间的界面反应，探讨了钎料与金刚石界面处碳化物的形成机理。结果表明，Ni-Cr合金钎料中的Cr和少量Si在金刚石表面富集并与金刚石中的C发生反应生成Cr7C3、Cr3C2碳化物，其中Cr7C3呈笋状生长，Cr3C2呈片状，可能有少量SiC生成。金刚石与钎料的界面形成了金刚石＼SiC、Cr3C2＼Cr7C3钎料的梯度材料，实现了Ni-Cr合金与金刚石的冶金结合。     

一种镍基单晶高温合金与SiO_2基陶瓷型芯的界面反应研究

采用扫描电子显微镜和能谱等分析手段,研究了某二代镍基单晶高温合金与SiO_2基陶瓷型芯的界面反应。结果表明,该镍基单晶合金与SiO_2基型芯会发生较严重的界面反应,且在浇道口与非浇道口两处生成的界面层不同。其中,在浇道口处的界面反应层由约22μm厚疏松的Al_2O_3层和少量不连续的HfO_2组成,而非浇道口处的界面反应层主要为一约15μm厚连续致密的HfO_2层。优先生成的HfO_2富集在合金表面可以有效阻碍合金中Al元素与SiO_2基型芯间的界面反应。同时,这一结果也符合界面反应的热力学关系。     

Ti-Al合金熔体与氧化物陶瓷界面反应的热力学分析(英文)

研究CaO、MgO、Al2O3和Y2O3与熔融Ti及Ti合金之间的界面反应热力学。根据氧化物在Ti合金熔体中的溶解反应机制建立热力学模型,通过热力学分析预测各氧化物相对于Ti-Al(0≤x(Al)≤0.5)合金的热力学稳定性。根据氧化物坩埚熔炼实验结果来研究氧化物与Ti-xAl合金熔体的界面反应,对熔炼效果进行定量分析,发现随着合金中Al含量的提高和熔体温度的降低,合金中杂质元素含量成比例的减少,这与氧化物稳定性计算结果一致。     

扩散时间对DD6单晶高温合金TLP接头界面组织的影响

采用厚度30μm的商用BNi2钎料为中间层,在钎焊温度1 100℃,保温时间20 min条件下实现了DD6单晶高温合金的TLP连接.研究了在温度1 180℃不同扩散时间对DD6单晶高温合金TLP接头界面组织的影响规律,重点分析了接头区域合金元素随扩散时间的分布规律.结果表明,随着扩散时间的延长,接头界面处形成的针棒状硼...     

SiC／Ti基复合材料界面反应的热力学研究

通过建立热力学可能反应模型，分别计算了SCS－6 SiC长纤维增强Ti3Al和TiAl金属间化合物基复合材料界面反应的Gibbs函数变值△rG，并用△rG判据推测了界面反应产物并与透射电镜实验结果进行了对比分析。研究表明，由于TiAl中原子结合力较强，因而SCS－6 SiC/TiAl复合材料的界面反应较轻。所研究的2种复合材料界面反应的二元反应产物为TiC,Ti5Si3和Ti3Si,Ti-Si相图中的其它二元硅化物不可能形成。     

过热温度与保温时间对短流程熔炼质量的影响

根据短流程熔炼工艺特点,采用热分析、金相分析、断口分析和力学性能测试等手段,对短流程熔炼工艺的过热温度与保温时间对铁水质量的影响进行了实验研究。结果表明,短流程熔炼过热温度在1510～1540℃,保温时间10～15min时,通过改变热力学和动力学条件,可以得到相对纯净的高质量的铁液,最大限度地消除高炉铁液的遗传因素影响。     

保温时间对DD407镍基单晶TLP修复区界面组织的影响

通过使用BNi5合金钎料对DD407镍基单晶合金的模拟缺陷进行了焊接修复。采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和微区XRD系统研究了修复区界面的微观组织、析出相、元素分布。结果表明：采用膏状BNi5合金能够对DD407镍基单晶的模拟缺陷进行局部修复。在修复区与母材之间会形成反应界面层,在反应层存在由于元素扩散引起的元素梯度分布,且会析出白色的Cr6Ni16Si7颗粒,随着保温时间延长,颗粒数量越多。随着保温时间的增加,修复区的界面宽度逐渐增加。当保温时间为120min时,界面宽度最大,约为224μm,完全采用BNi5合金作为修复填充金属是导致界面宽度随保温时间增加而增加的主要原因。但采用膏状BNi5合金作为填充材料对模拟缺陷进行修复无法完全复原试样的原始尺寸,还需要深入研究填充合金的成分和类型;同时,还需要进一步延长扩散时间,进而获得均匀的组织,为镍基单晶合金的TLP修复奠定基础。     

IBAD界面反应及其对结合强度的影响

研究了不同能量界面动态共混过程中的界面反应及其对沉积在GCr15和45钢基体的IBAD CrN薄膜结合强度的影响。用AFM和GDOES分析了不同能量共混界面的形貌和成分。用循环滚动接触法使薄膜在膜基最薄弱处产生剥落，用以分析界面反应产物，同时对膜基结合强度加以评价。用SEM，EDAX和XPS分析了滚动接触疲劳试验后的疲劳剥落区的形貌、成分及结构。结果表明40kV共混后的界面粗糙度高并出现了碳含量的升高，而20kv时界面碳含量和基体差不多。基体碳化物在离子轰击引起的热峰效应的作用下发生分解，而对基体和碳化物的选择溅射导致了碳含量的升高以及粗糙度的增加。分解后的碳以石墨态的形式存在。在滚动接触疲劳试验时循环载荷的作用下，界面处的石墨相当于孔洞引起应力集中。疲劳裂纹起始于界面石墨富集处表明它是引起结合强度差的主要原因。     

稀土Y对单晶高温合金组织和高温持久性能的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,采用螺旋选晶法制备了不含Y和含0.01%Y的两种单晶高温合金,研究了稀土Y对单晶高温合金组织以及在980℃/300 MPa条件下持久性能的影响。结果表明,添加微量稀土Y后,单晶高温合金的固相线和液相线降低,合金的一次枝晶间距有减小趋势,铸态和热处理γ′相均有所减小。在1100℃时效200 h后,不含Y和含Y合金都发生了γ′相的长大粗化以及少量针状TCP相的析出,而含Y合金的γ′相粗化程度较轻,Y对TCP相的析出无明显影响。添加微量稀土Y后,合金的高温持久性能提高。最后讨论了加入稀土Y提高单晶高温合金持久性能的原因。     

铜表面电沉积Ni（P）及其对Sn-Cu合金/Cu界面固相反应的影响

采用扫描电子显微镜（SEM）、电子能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）研究了铜基体上电沉积Ni（P）层的结构以及Ni（P）层对电沉积Sn-Cu合金/Cu界面固相反应的影响。研究表明：电沉积Ni（P）层为非晶结构,含29%（原子）的P,经过225℃热处理转变成晶态Ni5P2。经过225℃热处理,Sn-Cu合金/Cu界面反应在界面处形成连续的Cu6Sn5及Cu3Sn层。而Sn-Cu合金/电沉积Ni（P）-Cu界面反应微弱,主要在Sn-Cu合金/Ni（P）界面前沿的Sn-Cu合金中形成棒状或块状（Ni,Cu）3Sn4,Cu基底不与Sn-Cu合金反应。电沉积Ni（P）合金层能有效阻挡Sn-Cu合金/Cu界面反应。     

W/SiC界面反应层对SiC纤维拉伸断裂行为的影响

采用直流电热化学气相沉积(CVD)法制备出高强度SiC纤维(W芯),采用拉伸试验、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等对SiC纤维的强度、相组成、断口特征及微观结构进行了分析。结果表明,CVD-SiC纤维主要由β-SiC组成;制备过程中W芯同SiC发生化学反应,产生厚度约300nm的界面反应层,且反应层处存在着较大的残余拉应力;高强度SiC纤维裂纹产生于W/SiC界面反应层处,而低强度SiC纤维的裂纹源多处于W芯内部或纤维表面。     

真空自耗凝壳炉直接熔配和铸造钛合金件的工艺研究

通过用真空自耗电极电弧凝壳熔铸炉,直接在熔化电极上配制合金,经一次熔炼后浇注成钛合金铸件。文中着重探讨了合金化的机理,并对熔铸后的钛合金铸件进行了化学成分分析、合金化均匀性、力学性能和金相组织的检验。证明了该熔铸工艺的可行性。     

稀土元素Y对Ti-600合金热稳定性的影响

研究了添加与未添加稀土元素Y的合金固溶时效(STA)处理后以及高温长时暴露(600℃/100 h)后毛坯热暴露的室温拉伸性能,结合显微组织等的分析,探讨了Y对合金热稳定性能的影响。结果表明:稀土元素Y的添加可使合金室温塑性提高,STA时室温延伸率提高25%,600℃热暴露100 h后则提高51.9%。热暴露后,添加稀土合金的塑性损失率明显低于不加稀土合金。合金中,稀土元素Y主要以稀土氧化物Y2O3的形式弥散析出。通过细化组织、降低铝当量、改变合金中的位错组态,改善合金的室温塑性,提高合金的热稳定性。     

坩埚石墨化度对SiC单晶生长过程的影响

研究了用改进Lely法制备SiC单晶的过程中坩埚石墨化度对物质传输和晶体生长速度的影响。在不同温度下进行石墨化处理得到了实验所用的坩埚。用XRD方法定量测定了晶体生长前坩埚的石墨化度，并用SEM分析了晶体生长后坩埚内壁的反应情况。实验结果表明，石墨坩埚在SiC晶体生长过程中是一个非常重要的碳源提供者：当坩埚的石墨化程度较低时，晶体的生长速度快，生长速度由生长温度所控制；随着坩埚石墨化程度的提高，晶体生长速度减慢并由坩埚石墨化度所控制；当石墨化度进一步提高的时候，籽晶被碳化，晶体不能正常生长。     

坩埚旋转波形参数对晶体组分偏析影响的数值研究

计算模拟了加速坩埚旋转技术Bridgman(ACRT-B)法生长Cd0．96Zn0.04Te单晶体过程,研究了ACRT波形参数对固-液界面凹陷和晶体内组分偏析的影响．计算结果表明：ACRT波形参数的变化几乎不影响固-液界面前沿熔体中均一浓度场的形成．但是,波形参数能够显著改变固-液界面的凹陷和晶体内的组分偏析．波形参数不适当时,固-液界面的凹陷深度增加数倍,同时晶体组分的径向偏析也显著增加．波形参数不适当时,固-液界面的凹陷深度不增加或增加很少,晶体组分的径向偏析显著减小,直至为零．本工作所选择的各种波形参数下,ACRT均能明显增加晶体组分的轴向偏析。