钛合金与铸型界面反应的研究进展

从目前国内外关于钛合金熔体与铸型材料间界面反应的研究方法出发,综述了铸型材料、工艺参数、合金元素等对界面反应的影响,并介绍了界面反应的理论研究现状,讨论了研究中存在的若干问题,并系统收集了界面反应的各种研究结果。     

镁合金铸型界面反应及阻止反应技术

镁合金铸造过程中镁与铸型界面发生反应,严重影响铸件质量.对镁合金与铸型界面之间存在的主要反应及阻止反应的途径进行了论述,对不同铸造方法中镁合金与铸型界面反应阻止技术进行了综述,并分析了其机理.     

液钛与陶瓷界面反应的研究

借助电子扫描显微镜、显微硬度计对钛与陶瓷材料高温反应后的形貌、反应层厚度进行分析测量,结果表明,Ｔｉｃ、ＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３稳定）、ＺｒＯ２（ＣａＯ稳定）、ＭｇＯ４种型壳面层陶瓷材料与高温钛液均有一定的反应,反应强度依次增加,但都可以作为钛合金熔模精铸型壳面层材料。     

钛与氧化物陶瓷界面反应研究

借助SEM和差热分析(DTA),研究了纯钛与Y_2O_3、ZrO_3(Y_2O_3,稳定和CaO稳定)陶瓷耐火材料界面反应后金属 侧的显微组织,并测定了纯钛与Y_2O_3,、ZrO_2(Y_2O_3,稳定和CaO稳定)的初始反应温度和反应速率.结果表明,纯钛与 ZrO_2(CaO稳定)反应后的显微组织最粗大,为块状,而与Y_2O_3,反应产物最细小均匀,为条带状;三种陶瓷材料对纯钛 的初始反应温度依次为:1 378℃、1 245℃、1 213℃,反应速率也依次增大.     

TB2/Cu/TB2扩散焊的界面反应

通过ＯＭ,ＳＥＭ,ＸＲＤ,ＥＤＭＡ等分析测试手段,对膝用Ｃｕ箔作蹭夹层的ＴＢ２扩散焊界面组织、反应相生成及其生长规律进行了分析。仍照Ｃｕ－Ｔｉ二元相图,选择扩散焊温度分别为１１２３Ｋ,１１７３Ｋ和压力为５ＭＰａ,经３０,６９。１２０ｍｉｎ扩散焊后,Ｃｕ与Ｔｉ分别生成Ｃｕ３Ｔｉ２,ＣｕＴｉ,ＣｕＴｉ３,这三者都硬而脆,尤其是ＣｕＴｉ３的生成使界面性能严重恶化。     

铝-钢连接液固界面反应研究进展

详细综述了铝钢异种材料连接过程中液态铝与固态钢界面反应的研究进展,重点分析了钢的热浸镀铝、铝钢异种金属钎焊以及熔钎焊的界面反应产物的种类、生成顺序及生长机制,并对熔钎焊短时非平衡态固液界面反应的特点进行了分析和讨论。     

氮化硼基复合型壳与钛镍合金界面反应的研究

研究了一种新型钛合金精密铸造用型壳--氮化硼基复合型壳及其与钛镍合金的界面反应和反应层的形成机制.氮化硼基复合型壳的面层主要由预处理后的六方氮化硼粉体、氧化钇粉体和粘结剂钇熔胶组成.试验中,使用氧化钙坩埚来熔炼钛镍合金,钛镍合金的浇铸过程在真空感应加热炉中完成;利用扫描电镜、电子探针等检测手段对钛镍合金铸件表面反应层进行了研究;对钛镍合金精密铸造时形成反应层的机制作了讨论.结果表明,在1470℃浇铸温度下,钛镍合金铸件表面光洁,基本没有粘砂现象;在极端过热(浇铸温度1600℃)时,这种型壳与钛镍合金有一定的反应,但铸件表面反应层不超过10 μm.     

ZTA15大型钛合金熔模精密铸件界面反应研究

钛合金作为易氧化金属在熔融状态下非常活泼,大尺寸钛铸件在铸造过程中更容易和铸型材料发生界面反应,并对铸件表面质量产生影响。本研究采用氧化钇铸型在真空自耗凝壳炉中浇铸了大尺寸钛合金铸件,并采用SEM、XRD、EDS等方法对不同厚度试样的表层进行了检测和分析。结果发现,试样表层均存在一定厚度的氧元素扩散层,同时,还发现表层存在一定厚度的组织过渡区,最后,通过酸洗方法对试样表面反应层和组织过渡区进行了有效去除,有效提高了铸件的表面质量。     

粉末冶金高强韧钛合金的界面反应层研究

采用预合金粉末热等静压(hot isostatic pressing ,HIP)近净成形工艺制备了一种新型高强韧钛合金,研究了钛合金与低碳钢包套的界面反应。结果表明,钛合金与低碳钢包套之间存在波浪状的界面反应层,其厚度为8μm,钛合金中的合金元素Al、Mo和V向低碳钢中发生了一定程度的扩散,而两种材料的基体元素Ti和Fe发生扩散的程度要明显低于前者;通过选择性化学洗可以将包套去除,并将反应层厚度减少2.5μm,但微观上仍存在波浪状反应层;通过后续的喷砂处理可以进一步减小反应层厚度,并且使界面反应层平直。     

TiAl基合金熔体与氧化物铸型界面的相互作用

通过实际浇注制取了Ti-48Al—2Cr-2Nb（at％，下同）合金熔体／氧化物铸型界面，继而借助SEM、EPMA和XRD等分析测试手段，对Ti-48Al—2Cr-2Nb合金与氧化物铸型高温反应后的界面组织形貌、元素的分布以及界面生成相的相组成进行了研究，并探讨了Ti-48Al—2Cr-2Nb合金熔体与氧化物铸型间的界面反应机理。结果表明，Ti-48Al—2Cr-2Nb合金熔体与氧化物铸型间发生了一定程度的界面化学反应，但存界而上化学反应并不是均匀进行的，而是在Ti-48Al—2Cr-2Nb金熔体与氧化物铸型紧密结合的区域优先进行。     

Ti—30Ni钎缝的界面反应及金相观察

研究了钛在真空钎焊过程中钎焊温度,保温时间及装配间泽界面反应程度的影响。钎焊过程中钎料组元镍和基体金属钛之间存在着明显的相互扩散过程,即基体金属钛向钎料的溶解和钎料组元镍向基体钛的扩散。镍向钛基体扩散的结果形成了一个明显的扩散层,镍在扩散层内主要以Ｔ２Ｎｉ化合物形式存在,并且存在较大的晶间渗入倾向。     

SiC纤维增强钛基复合材料的界面反应

采用真空热压工艺制备了界面结合良好的SiC纤维增强钛基复合材料,并对其界面和SiC纤维进行了透射电镜分析.结果表明,针状β-SiC晶粒沿纤维径向生长,呈辐射状分布;在复合材料的热压制备过程中,Si和C由SiC纤维向钛基体扩散,Ti则向SiC纤维扩散,形成了TiC和Ti5Si3等产物.     

低碳钢在锌液中的界面反应动力学及机理研究

研究了低碳钢短时间浸入锌液后铁、锌之间的反应过程。结果表明,低碳钢与锌液的反应层产物主要包括靠近内侧呈柱状晶生长的紧凑、致密δ-Fe Zn10相和外侧较为疏松的ζ-Fe Zn13相,稳定生长阶段疏松的ζ-Fe Zn13相生长占据主导地位。铁、锌的反应产物生长过程符合抛物线生长规律,生长初期主要受界面反应控制,而在稳定生长阶段,主要受液锌原子扩散控制。铁、锌产物层从钢基体到表面依次为过饱和α-Fe、Γ1-Fe5Zn21、δ-Fe Zn10、ζ-Fe Zn13和表层的η-Zn。     

钛熔体与氧化锆陶瓷铸型润湿性研究

借助自主设计的高活性合金熔体落滴法润湿角测量装置,对纯钛熔体与ZrO2(CaO)陶瓷铸型材料之间的润湿性和界面相互作用进行了研究,并借助SEM和EPMA等分析测试手段,对界面处垂直于界面方向的液/固截面的组织形貌和元素分布进行了分析。结果表明,钛熔体与ZrO2(CaO)在界面处发生了一定程度的化学反应,但界面化学反应不剧烈,钛熔体在ZrO2(CaO)陶瓷材料上不润湿,润湿角为103°,利用液/固界面处化学反应引起的体系总的自由能变化解释了界面化学反应对界面润湿性的影响。     

等离子喷涂金属型与钛熔体的界面反应研究

应用等离子喷涂的方法,在板状碳素钢基底上喷涂了ＣａＯ、ＺｒＯ２、不同含量Ｙ２Ｏ３稳定的ＺｒＯ２耐火氧化物涂层,组合成金属型后,进行了铸造工业纯钛的试验研究,借以考察不同的耐火氧化物涂层对纯钛试样的表面污染情况。通过光学显微组织分析、显微硬度分析和电子探针元素分布分析,对等离子喷涂金属型与纯钛的界面反应性进行了研究。分析表明,采用等离子喷涂的金属型浇注纯钛后,其耐火氧化物涂层对铸钛试样表面都产生了一定程度的污染;其表面维氏显微硬度值最大可达ＨＶ６００～７００,表面硬度改变区最大范围可达４００μｍ～５００μｍ。铸钛试样表面层的组织可分为粘砂层、反应层和皮下气孔区。结果表明,由４ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３部分稳定的ＺｒＯ２,对钛试样的污染程度最低。     

热等静压不锈钢包套与钛合金界面反应研究

采用热等静压成形钛合金粉末包套,研究不锈钢包套取样位置与钛合金的界面反应规律,并对界面处扩散层微观组织进行观测及表征。结果表明,包套边角部位与钛基体界面处出现粉末原始颗粒边界,扩散层整体较为平直,其在交界附近反应生产了脆性相,并在机加工取样过程中发生了破碎与开裂,钛合金侧的扩散层总厚度约为64μm;包套芯部与基体的界面凹凸不平,呈锯齿波状,反应层厚度约为245μm,这种波状的粗糙表面在外加循环载荷时,容易成为裂纹源,从而降低钛合金的疲劳性能。     

固液界面反应润湿动力学的表征与计算

目的 获得在反应润湿过程中固液界面能与时间变化的关系,掌握反应润湿动力学的核心问题。 方法 基于反应润湿过程中反应界面处的三相能量处于动态平衡状态,以反应界面新相覆盖率a和界面活性元素占位浓度分数Fs为变量,结合Young方程带入边界条件进行数学推导,并且进一步采用Dezellus推出的cosθ-t关系的动力学方程进行理论推导。通过真空熔炼炉炼制NiSi合金,采用改良座滴法,在高温真空润湿仪中的石墨基板上进行润湿实验,用高分辨率的CCD相机拍摄反应润湿过程中接触角的变化,获取接触角数据,结合公式计算,验证动力学方程。结果 理论推导出了固液界面能与时间关系的动力学方程。该方程与文献中将固液界面能在反应过程的瞬时差值作为驱动力所推方程相同,也与Dezellus推出的cosθ-t关系经推导后的动力学方程完全相同。该动力学方程中固液界面能与时间呈指数规律降低的关系。Ni-Si/C体系润湿实验的结果表明,在界面反应控制阶段,固液界面能随反应时间呈指数规律降低,与理论推导的动力学方程中固液界面能随反应时间的变化规律一致,结合动力学方程与Arrhenius方程计算出Ni-45%Si/C体系的界面反应激活能为239 kJ/mol,与文献中所报道的数值接近。结论 反应润湿过程中,该反应动力学方程切实可靠,固液界面能随时间呈指数规律降低的关系,能够为材料表面改性与涂层中的润湿性问题提供理论参考。     

热等静压钛合金与低碳钢包套间的界面反应层研究

采用预合金粉末热等静压(hot isostatic pressing,HIP)近净成形工艺制备了一种新型高强韧钛合金,研究了钛合金与低碳钢包套的界面反应.结果 表明,钛合金与低碳钢包套之间存在波浪状的界面反应层,其厚度为8μm,钛合金中的合金元素Al、Mo和V向低碳钢中发生了一定程度的扩散,而2种材料的基体元素Ti和F...