熔炼时间对稀土单晶合金坩埚界面反应的影响

为了实现稀土单晶高温合金中稀土含量的稳定控制,明确稀土元素在熔炼过程中参与的坩埚界面反应机理,研究了熔炼时间对含Y高温合金CMSX-4与Al2O3陶瓷坩埚在真空感应熔炼过程中的界面反应和稀土Y收得率的影响。实验结果表明：随着熔炼时间的延长界面反应加剧,熔炼过程中Y首先与Al2O3陶瓷基体发生反应生成Y2O3,生成的Y2O3会继续与Al2O3发生反应生成Y、Al原子比不同的铝酸钇反应层,最终坩埚表面形成的界面反应产物由外层的YAlO3、内层的Y3Al5O12(Y3Al2(AlO4)3) 以及附着的高温合金组成。熔炼10~30min时合金中稀土Y收得量为41.023、4.566和5.368ppm。     

γ-TiAl合金定向凝固过程中与氧化钇陶瓷材料的界面反应(英文)

研究液态金属冷却定向凝固条件下,Ti-47%Al合金与Y2O3/Al2O3双层结构陶瓷管内层Y2O3的相互作用。分析熔体温度和相互作用时间对界面反应、合金组织和成分的影响。结果表明:虽然Y2O3层受到一定程度的侵蚀和溶解,但Y2O3层有效地阻隔化学稳定性较差的Al2O3外层与TiAl合金熔体接触,避免Al2O3与TiAl之间的化学反应。合金熔体受到一定程度的污染且含有少量夹杂物。在一定保温时间内,合金中的杂质含量(Y和O)和夹杂物(Y2O3)体积分数均随着过热温度的提高而增加,但随着保温时间的进一步延长,杂质含量和夹杂物体积分数趋于恒定值,不再显著变化。     

钛合金熔炼用AZrO3（A=Ba,Sr,Ca）坩埚的制备及其使用性能研究

综述了3种新型复合氧化物（CaZrO3、SrZrO3和BaZrO3）坩埚的制备工艺,分析了3种坩埚熔炼TiNi合金后的效果和界面反应情况。合金熔体与耐火材料间无元素扩散,3种耐火材料均对合金熔体具有良好的反应惰性。此外,通过对比3种耐火材料坩埚与熔体间的界面反应层厚度,发现BaZrO3对TiNi合金熔体具有最高的化学稳定性。进一步使用BaZrO3制备成工业用25kg级坩埚并熔炼TiNi、TiFe、TiAl铸锭,发现铸锭杂质含量较低,说明BaZrO3是一种极具潜力的钛合金熔炼用新型耐火材料。     

定向凝固Ti-48Al合金与不同氧化物铸型涂层界面反应的研究（英文）

研究了定向凝固过程中Ti48Al7Nb2.5V1Cr合金分别与Al_2O_3、Y_2O_3、ZrO_2铸型涂层的界面反应。通过SEM、EDS以及XRD等检测方法对合金与铸型涂层的界面反应的微观组织、元素分布以及界面的相组成等进行表征;同时结合对界面的硬度测量,得到界面反应层厚度。结果表明,合金熔体与不同铸型涂层均发生了界面反应。铸型涂层材料不同,界面反应剧烈程度也不同。反应过程中在熔体和扩散元素的冲击下,物理侵蚀和化学反应同时存在形成了反应层,反应的强弱则与涂层材料有关。更值得注意的是,对钛铝合金与铸型涂层的热力学性质进行了计算。研究还表明,熔体在界面处的反应层主要由涂层材料的脱落扩散程度控制,涂层中的元素尤其是O元素的扩散是控制界面反应进程的重要因素。     

石墨与Al-Ti合金反应生成TiC粒子的机理

采用石墨粉加入到Al Ti熔体中的方法来制备Al Ti C晶粒细化剂。用金相显微镜、扫描电镜观察不同反应时间的Al Ti C合金微观组织 ,结合热力学和动力学的分析 ,研究了石墨与Al Ti合金熔体反应生成TiC粒子的机理。结果表明 :在 10 73～ 1173K温度范围内 ,将石墨加入Al 5 %Ti合金熔体中 ,石墨与Al液不会直接反应生成Al4 C3 ,石墨也不会转变成游离的碳原子而与Ti反应生成TiC。TiC由下面反应式生成 :Ti C石墨 →TiC、TiAl3 C石墨 →TiC 3Al     

原位反应法制备Al2O3-TiC/Al复合材料

通过向含Ti的Al-Si合金熔体中通入CO2气体制备Al2O3-TiC／Al复合材料的方法．研究了Al2O3-TiC／Al复合材料特性。用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对复合材料的组织进行了研究。研究表明，CO2与合金熔体中的Al、Ti原位反应生成Al2O3和TiC颗粒，Al2O3和TiC颗粒尺寸在0．2～1．0μm之间，均匀分布在基体中，反应生成的Al2O3和TiC颗粒数量与CO2的通入时间有关。     

定向凝固下Ti-48Al合金与不同氧化物铸型涂层界面反应的研究

通过SEM、EDS以及XRD等检测方法对Ti-48Al合金分别与Al2O3、Y2O3、ZrO2铸型涂层的界面反应处的微观组织、元素分布以及界面处的相组成等进行检测;同时结合对界面处的硬度测量,得到界面反应层厚度。结果表明,合金熔体与不同铸型涂层均发生了界面反应。铸型涂层材料不同,界面反应剧烈程度也不同。反应过程中在熔体和扩散元素的冲击下,物理侵蚀和化学反应同时存在形成了反应层,反应的强弱则与涂层材料有关。更值得注意的是,对钛铝合金与铸型涂层的热力学性质进行了计算。研究还表明,熔体在界面处的反应层主要由涂层材料的脱落扩散程度控制,涂层中的元素尤其是O元素的扩散是控制界面反应进程的重要因素。     

γ-TiAl合金定向凝固过程中与氧化钇陶瓷材料的界面反应

研究液态金属冷却定向凝固条件下,Ti-47%Al合金与Y2O3/Al2O3双层结构陶瓷管内层Y2O3的相互作用。分析熔体温度和相互作用时间对界面反应、合金组织和成分的影响。结果表明：虽然Y2O3层受到一定程度的侵蚀和溶解,但Y2O3层有效地阻隔化学稳定性较差的Al2O3外层与TiAl合金熔体接触,避免Al2O3与TiAl之间的化学反应。合金熔体受到一定程度的污染且含有少量夹杂物。在一定保温时间内,合金中的杂质含量（Y和O）和夹杂物（Y2O3）体积分数均随着过热温度的提高而增加,但随着保温时间的进一步延长,杂质含量和夹杂物体积分数趋于恒定值,不再显著变化。     

陶瓷壳型面层材料与Ti46Al1B阀门铸件的界面反应

分别采用Al2O3与Y2O3为壳型面层材料,离心铸造了Ti46Al1B(原子分数,%)合金阀门铸件,通过SEM,XRD以及气体分析等方法,确定壳型内表面物相组成、铸件与壳型反应层厚度以及合金的进氧情况,分析了壳型材料与Ti46Al1B合金的反应机理.结果表明,Y203和A120s壳型与合金的反应层厚度分别约为90和170 pm,使用Y203壳型时铸件进氧少,其热力学稳定性好于Al2O3壳型,与热力学计算结果相符.Y2O3壳型比Al2O3壳型更适合铸造Ti46Al1B阀门.     

电渣重熔用低氟渣与Incoloy825合金中Al、Ti反应性的研究

通过高温渣-金平衡实验,探讨了电渣重熔用低氟渣CaF2-CaO-Al2O3-MgO-Li2O-(TiO2)中TiO2含量对Incoloy825合金中Al、Ti含量的影响。并利用FactSage7.3热力学软件分析了渣中TiO2和Al2O3的活度与渣成分的关系。研究了渣中组元对反应4[Al]+3(TiO2)=3[Ti]+2(Al2O3)的吉布斯自由能和合金中平衡Al、Ti含量的影响规律。结果表明:反应的吉布斯自由能与渣中TiO2、CaF2和MgO呈负相关,与CaO和Al2O3呈正相关;渣中TiO2含量为0%7.27%(质量分数)时,合金烧钛增铝现象逐渐减弱,TiO2含量为11.27%时,又出现烧铝增钛现象;同一温度下,随着渣中CaO和Al2O3含量增加,合金中平衡Ti含量降低,平衡Al含量升高。随着渣中TiO2含量增加,合金中平衡Ti含量升高,平衡Al含量降低。渣中CaF2和和MgO含量变化对合金中平衡Al、Ti含量影响较小。实验结果与热力学计算结果能够很好的吻合。     

Wetting phenomena in the TiC/(Cu–Al) system

The wetting behavior in the TiC/(Cu–Al) system was studied by the sessile drop method over the entire Cu–Al alloy concentration range. The experimental results show that the wetting evolution in the TiC/Cu system is controlled by partial dissolution of the titanium carbide phase. The presence of oxygen on the TiC surface strongly inhibits the interaction between the ceramic and molten Cu, thus leading to non-wetting conditions. The improved wetting of the oxygen-free TiC substrate by Cu–Al alloys is due to the enhanced transfer of titanium from the carbide phase into the melt, and results from its increased solubility in the Al-containing molten alloy. The wetting of TiC substrates covered with an oxygen-containing layer by a molten Cu–Al alloy is affected by the reduction of this layer and transfer of the released Ti into the molten metal. Enhanced wetting may also result from in situ deoxidization of the surface of the Cu–Al liquid drop and of the TiC substrate due to the evaporation of the Al₂O sub-oxide at elevated temperature. A thermodynamic analysis of the systems under consideration is in good agreement with the experimental observations.     

Al3V表面氧吸附的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了低指数Al3V表面的表面能,分析其稳定性;然后采用最稳定表面研究了Al3V表面的O吸附行为以及合金元素的影响。结果表明,终止于Al原子的(110)面是最稳定的表面。O原子倾向于吸附在(2×1)-(110)-Al表面桥位,且随着覆盖度增加,O吸附的稳定性增加。从DOS分析和O与表面各原子的间距可以推断,该表面在氧化的初始阶段发生Al的氧化和V的内氧化,氧化后有可能形成具有保护性的Al2O3膜。合金元素Ti和Cr均倾向于占据表面第2层V原子位,且都促进O原子在表面的吸附,但2者的作用机制不同,Ti与O相互作用较强,从而降低了Al与O的相互作用,在氧化过程中Ti与Al有可能同时氧化,从而形成Al和Ti的混合氧化物;Cr对于Al和O的相互作用有微弱的增强作用,使得O的吸附更加稳定,可能会促进Al的氧化,从而形成保护性的Al2O3。     

Y、Ta、Cr元素对Ni-10%Cu-10%Fe-10%Al合金在850℃冰晶石熔盐气氛中热腐蚀行为的影响

通过真空铸造得到Ni-10%Fe-10%Al-10%Cu(质量分数)及分别添加0.8%Y、5.3%Ta和13.6%Cr(质量分数)的Ni-Fe-Al-Cu-X(X:Y或Ta或Cr)4种合金,采用熔盐腐蚀实验及SEM,XRD及EDX测试研究各合金在850℃静态冰晶石熔盐气氛中的腐蚀行为。结果表明:在850℃冰晶石熔盐气氛中,Ni-10%Fe-10%Al-10%Cu合金表面形成的氧化物保护膜;由于氧的聚集、扩散,并在熔盐/氧化膜界面处发生O2+2e=2O2还原反应,而生成的O2与MeO反应生成MeO22,致使NiO和Al2O3等氧化物层疏松、多孔、易剥落;另外,氧化物保护膜也被熔盐挥发的氟化物通过物理化学作用而溶解,形成坑洞,腐蚀层呈现层叠状;添加0.8%Y和5.3%Ta可净化合金晶界,使腐蚀层中氧化产物更致密,提高合金抗冰晶石熔盐气氛腐蚀性能;添加13.6%Cr的Ni-10%Fe-10%Al-10%Cu合金,其腐蚀层形成Cr2O3及NiCr2O4冰晶石结构的化合物,降低其他氧化物的活度,提高氧化膜的保护作用,该合金抗冰晶石熔盐气氛腐蚀性能最好。     

稀土铝钛硼中间合金的细化能力与长效性

采用铝热反应法制备Al5Ti1B和Al5Ti4RE1B中间合金,并对其进行物相、微观组织和细化效果分析;对比中间合金中第二相的晶体结构以及形核能力,并从第二相分解和沉淀的角度分析Al5Ti1B1RE的细化长效性。结果表明：Al5Ti4RE1B比Al5Ti1B具有更强的细化能力和细化长效性;XRD和EDS分析显示,RE和TiAl3结合生成Ti2Al20RE相,该相为面心立方结构,晶格常数为1.469 nm;相比TiAl3而言,Ti2Al20RE具有更多的晶面和Al晶体匹配,使得Al5Ti4RE1B比Al5Ti1B具有更强的细化能力;Ti2Al20RE比TiAl3的溶解温度高,溶解过程中稀土对铝液粘度的影响是造成Al5Ti4RE1B细化长效性好的主要原因。     

钢凝固过程超细钛氧化物析出的热力学分析

某些类型超细钛氧化物能促进针状铁素体的形成,细化晶粒钛氧化物夹杂的析出类型受钢液中的氧含量、合金元素成分的影响.以X80管线钢成分为研究对象,从热力学角度分析了微合金元素及钢液中的氧浓度对其析出类型的影响.结果显示,在钢液凝固温度区间,相同温度和氧含量时,Ti的氧化物中,Ti3O5是最稳定的,其次为Ti2O3.钢中铝对...     

Ti-Al-TiO_2体系的热力学分析及合成反应过程研究

以Ti、Al和Ti02混合粉的原位反应制备Al203颗粒增强TiAl基复合材料.利用热力学机理分析了制备该种材料的可行性;用扫描电镜观察了合成产物的组织形态;借助差热变化曲线,对Ti-Al-Ti02体系的反应过程进行了初步研究.结果表明,Ti-Al-Ti02体系的反应能够原位生成Al203颗粒增强的TiAl基复合材料;Al203颗粒分布在基体晶界处,随其含量增大,基体晶粒逐渐细化;铝熔化后首先开始了TiAl3的生成反应,由于Ti02的稀释作用,使它的放热峰与Ti-Al体系的主放热峰相比有所滞后,紧接着发生了Al-Ti02的还原反应,由于其激活能低而速度较快,因此较早完成;若Al-Ti02的还原反应未进行彻底,部分TiAl3将分解以提供铝液;最后发生了TiAl3向TiAl和TiAl相转变的过程.     

TAMZ合金在人工唾液中的电化学行为

运用电化学方法对工业纯Ti，Ti6Al4V合金和TAMZ合金在人工唾液中的电化学行为进行了研究，探讨了溶液pH值对Ti合金电化学性能的影响。结果表明，在人工唾液中，TAMZ合金具有最佳电化学稳定性，腐蚀速率最低。Ti合金在人工唾液中存在较大的钝化区间，电化学稳定性按工业纯Ti，Ti6Al4V合金和TAMZ合金的顺序依次增强。随溶液pH值升高，试样的热力学稳定性增强。交流阻抗结果显示，3种实验材料在人工唾液中具有优异的耐蚀性能，腐蚀速率均在10^-2μm／a数量级，小于医用级标准0．25μm／a。     

Metal dusting of ferritic Fe‐Al‐M‐C (M = Ti,V, Nb,Ta) alloys in CO‐H2‐H2O gas mixtures at 650 °C

Iron aluminides are known for their resistance to high temperature oxidation and sulphidation. Only little information is available about carburisation and metal dusting of Fe‐Al alloys. Metal dusting experiments with Fe‐15Al and Fe‐15Al‐2M‐1C alloys (in at.%) with M = Ti, V, Nb, or Ta were conducted at 650°C in CO‐H₂‐H₂O gas mixtures with the carbon activity a_c = 28. The kinetics of the carbon transfer was measured using thermogravimetric analysis (TGA). It is shown that the mass gain kinetics decreases by adding the alloying elements Nb, Ta, V, or Ti with C. Alloying with titanium and carbon leads to the most significant decreasing effect. The metallographic cross section observation showed a general metal wastage for Fe‐15Al, but local pitting for the Fe‐15Al‐2Nb‐1C and Fe‐15Al‐2Ta‐1C alloys. For the Fe‐15Al‐2V‐1C and Fe‐15Al‐2Ti‐1C alloys no significant attack was observed. Needle‐ or plate‐like Fe₃AlC_x precipitates were detected in the carburised samples. The existence of this ternary carbide with perovskite structure was predicted by thermodynamic calculations using the software Thermo‐Calc. The morphology of graphite on the surface was analysed by scanning electron microscopy (SEM). Mainly fine filaments with iron containing particles were detected. Cementite was detected in the coke layer by X‐ray diffraction analysis (XRD).     

北京科技大学 新金属材料国家重点实验室，北京100083

利用SEM、XRD和EDS研究Y对Ti45Al8Nb(at%)合金在900℃空气中的循环氧化行为的影响。实验结果表明,适量Y的加入显著提高了合金的抗循环氧化性。无Y合金300次循环后便出现了表层氧化膜脱落,而含Y的6个合金除Ti45Al8Nb0.1Y在氧化460h后出现大面积脱落外,其余合金在1000次循环内均未出现明显脱落。Y的加入显著增强了氧化膜与基体之间的粘附性。但是加入过量Y,合金氧化膜内颗粒较大的Y2O3偏聚在晶界处,为O提供了扩散通道,使合金出现了严重的内氧化。