影响Nb替位掺杂γ-TiAl基合金延性的电子性质因素

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了影响Nb替位Ti(或Al)掺杂,且浓度为1.85%,2.78%,4.17%,6.25%(原子分数,下同)的γ-Ti Al合金延性的电子性质因素。结果显示,Nb替位掺杂具有较好的能量稳定性,且不同掺杂浓度引起的晶格参量的改变不同。当Nb替代Al原子且掺杂浓度为1.85%~4.17%时,合金的轴比将会减小更接近于1,此时合金的延性改善效果明显,就所研究的晶胞模型而言,Ti_(12)Al_(11)Nb合金的延性最佳。故以掺杂浓度为4.17%的Ti_(12)Al_(11)Nb和Ti_(11)Nb Al_(12)合金为例,研究掺杂Nb改善γ-Ti Al基合金延性的电子结构因素。研究结果表明:在该掺杂浓度情况下,Nb替代Al原子使Ti 4s→3d,Al 3s→3p的电荷转移明显减少,Al p-Ti d轨道杂化作用减弱,形成金属键的自由电子数量增多,金属性增强,合金延性得到改善;Nb替代Al原子掺杂会使合金的共价性减弱,且化学键Al-Al,Ti-Ti和Al-Ti强度明显趋同,这将会显著提高γ-Ti Al基合金的各向同性程度,从而使该类合金的延性得以改善。     

SiC纤维增强Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料制备及界面行为研究

以SiC纤维、Ti箔、Ti_2AlNb箔为原材料,采用箔-纤维-箔方法,通过真空热压技术制备了SiCf/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对复合材料相组成和微观组织进行了分析。结果表明,当真空热制造参数为920℃/40 MPa/30 min时,SiC纤维与韧性金属Ti实现良好冶金结合,界面反应产物主要为TiC,界面反应层厚度为0.8μm,C涂层厚度为1.3μm;韧性金属Ti层与金属间化合物Ti_2AlNb层通过Ti,Al,Nb 3种元素相互扩散方式形成固相扩散连接,界面平直,复合材料呈现出理想叠层结构。制备态的SiCf/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料主要由α-Ti,β-Ti,SiC,TiC,O相和B2相构成。在Ti与Ti_2AlNb固相扩散连接过程中,由于Al原子的扩散速率大于Nb原子,且Al是α稳定元素,Nb是β稳定元素,从而导致在Ti/Ti_2AlNb界面区域依次形成α+β双相组织和富B2相。在真空热压实验中,韧性金属Ti层与金属间化合物Ti_2AlNb层固相扩散连接过程依次为:物理接触/α+β双相区形成/富B2相区形成/富B2相区增厚。     

O相Ti-22Al-[Nb_((27-x))V_x]合金力学性质的第一原理计算

基于第一原理赝势平面波方法和虚拟晶体势函数近似(VCA),提出了一种计算Ti-Al-Nb合金V合金化的形成热和力学性能的方法和模型。计算结果表明:Ti-Al-Nb合金V合金化时V倾向占据O-Ti2AlNb晶体的Nb点阵位。合金化产物O-Ti-22Al-[Nb(27-x)Vx]晶体的弹性模量理论计算值与室温测量值非常接近,并通过计算预测了当V合金化浓度x在1%~3%变化时晶体的弹性模量逐渐降低。采用Pugh判据B/G和B/C44比值表征和评判了V合金化浓度对O-Ti-22Al-27Nb晶体延性的影响。计算表明:V合金化浓度为1%~2%时不能改善O-Ti-22Al-27Nb晶体的延性,但当V浓度为3%时能显著增加O-Ti-22Al-27Nb的延性。从理论数据和实验结果对比来看,这种计算Ti-Al-Nb合金V合金化的形成热和力学性能的模型和方法比较准确和可靠,在为实验结果提供理论支撑同时,还可对不同V合金化浓度的合金性能做出预测。     

过渡金属元素在L10-TiAl中占位行为的热力学研究

从合金热力学的角度,采用一种普适化的三亚晶格热力学模型,辅助以第一性原理总能计算的方法,研究了常用于添加在L10-TiAl基金属间化合物中的12种过渡族金属元素的占位行为随Ti/Al比和温度的变化情况.结果表明,在1173 K,合金化元素含量固定为2％(原子分数),Ti/Al比从0.6增加至1.4时,Ti和Al本身具有很强的占位有序性.当温度固定为1173 K,Ti/Al比从0.6增加至1.4时,合金化元素按其占位行为可以分为两大类,其中,V,Ta,Mo,Mn,Cr,Zn和W元素随Ti/Al比的增加,其占位行为在Ti/Al=1附近出现了从占Ti位到Al位的突变;Zr,Nb,Tc,Co和Ag元素的占位行为随Ti/Al比变化没有明显变化.当Ti/Al=1,合金体系固定为Ti0.49Al0.49M0.02,温度从200 K增加至2000 K时,合金化元素按其占位行为同样可以分为两大类,其中,V,Ta,Mo,Tc,Co,Mn,Cr,Zn和W元素随温度升高,其占位行为从完全无序转变为具有明显的占位倾向性;Zr,Nb和Ag元素的占位行为随温度升高没有显著变化.比较表明,Ti/Al比对合金化元素占位行为的影响大于温度的影响.该结果与大部分文献报道的实验和计算结果吻合.     

开发杨氏模数低的β钛合金

在冷加工性及强度、延性之间平衡方面优良的β-Ti合金主要用于飞机部件，近年来，其用途正在不断向民生品扩展。但是，由于β-Ti合金切削加工困难，其应用受到制约。日本大同特钢公司为进一步拓展β-Ti合金的用途，开发了利用稀土类系金属硫化物的新易切削β-Ti合金，其化学成分为：16．0％V，5．9％Cr，4．1％Al，0．32％REM（混合稀土合金），0．07％S，其余为Ti。     

Ti基与Al膜间互扩散系数的计算

本文根据Ti基与Al膜间的反应和扩散动力学提供的浓度分布曲线,用Wagner所列方程计算Ti基与Al膜间在Ti相变点(880℃)上、下,Al的互扩散系数D和激活能Q,找出了互扩散系数随温度和成分的变化规律。计算表明,激活能的大小是Q_(?)Al)>Q_(TiAl)>Q_(α-Ti(Al))>Q_(β-Ti(Al))。     

化学计量比对AB5型贮氢合金相结构及电化学性能的影响

对低钴稀土系贮氢合金Ml(Ni0.78Co0.08Al0.06Mn0.08)x(4.8≤x≤5.4)的相结构及电化学性能进行了研究.结果表明在4.8≤x≤5.2的合金中除CaCu5型结构的主相之外,还出现LaNi3第二相,而且合金中第二相(LaNi3)的析出量随着x值的增大而减少,化学计量比x=5.4的合金则有富镍相析出,B侧合金化使低钴贮氢合金形成单相AB5型合金的化学计量比由x=5.0增大至5.2～5.4之间.四种不同化学计量比合金的活化性能都较好,合金的最大放电容量随化学计量比x的增大而增加,过化学计量比(x=5.4)合金具有最大的放电容量,最优的放电电压特性及最佳的循环稳定性,且其高倍率放电性能也较好.     

机械合金化制备Mg76-xTi12+xNi9Cr3(x=4,8,12,16)合金贮氢性能的研究

采用机械合金化制备Mg(76-x)Ti(12+x)Ni9Cr3(x=4,8,12,16)合金,通过X射线衍射(XRD)、热分析(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)和压强-成分-温度(PCT)分析等方法对合金进行分析和表征.结果表明:Mg(76-x)Ti(12+x)Ni9Cr3(x=4,8,12,16)合金相主要由Mg2...     

温度对一种高固溶强化β钛合金损伤行为的影响

Ti25V15Cr0.3Si合金含有40%左右的合金元素,是一种高固溶强化的β钛合金。测试了Ti25V15Cr0.3Si合金在室温(25℃)至600℃下的裂纹扩展性能,发现随着温度升高,裂纹扩展速率增大。与Ti6Al4V和β21S合金相比,室温下Ti25V15Cr0.3Si合金的裂纹扩展速率高于Ti6Al4V而低于β21S合金。600℃高温下,Ti25V15Cr0.3Si合金的裂纹扩展速率与β21S在650℃时的水平相当。研究结果表明,合金的屈服强度、弹性模量、断裂韧性、氧化性能和组织结构特征综合影响着Ti25V15Cr0.3Si合金的裂纹扩展损伤行为。从室温到300℃,随温度的升高,Ti25V15Cr0.3Si合金的屈服强度和弹性模量降低同时断裂韧性升高,因此裂纹扩展速率变化不明显;而从500～600℃,温度升高氧化加剧,合金疲劳裂纹扩展速率明显增加。与Ti6Al4V合金相比,室温下,Ti25V15Cr0.3Si合金相对于Ti6Al4V合金具有较低的弹性模量以及等轴的β组织,裂纹扩展速率较高。而与β21S合金相比,Ti25V15Cr0.3Si合金的屈服强度和弹性模量高于β21S合金,因此裂纹扩展速率较低。6...     

亚稳β-Ti合金设计方法

获得具有优异性能的亚稳β-Ti合金需要添加多种元素进行合金化,而如何有效进行合金的成分设计是亚稳β-Ti合金合金化的关键。系统总结了多组元亚稳β-Ti合金的设计方法,包括Mo当量法、电子理论法、计算机模拟计算法以及基于"团簇+连接原子"结构模型的设计方法,其中基于团簇结构模型的设计方法是从局域微观原子结构出发进行合金成分设计,为合金设计开辟了新的设计思想。     

TiAlN涂层制备过程中Ti,Al元素存在形式的演变分析

采用目前商用原子比为Ti50Al50的合金靶材,利用磁控溅射工艺,在硬质合金基体上沉积TiAl和TiAlN涂层。借助扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)对Ti,Al元素在靶材和涂层中的存在形式作了分析,利用洛氏硬度试验机和纳米硬度仪对涂层的结合强度和硬度等力学性能做了测试分析。结果表明:Ti,Al元素在TiAl合金靶材中以纯Ti相和纯Al相存在,其中Ti原子颗粒镶嵌在Al原子的基体中;在TiAl涂层中以纯Ti单质相和Ti3Al合金相存在;在TiAlN涂层中以面心立方TiN相和密排六方AlN相存在。在涂层的制备过程中,靶材的溅射阶段属于靶材金属离子的产生过程,Ti,Al两种元素由靶材中双单质相结构转变为具有一定能量的离子流状态;涂层的沉积阶段属于Ti,Al两种元素的重新结合状态,无反应气体参与情况下形成合金化结构,反应气体的参与下Ti原子与N原子结合成TiN相,Al以置换TiN晶格中的Ti原子存在。Ti,Al元素的氮化作用导致涂层力学性能发生了变化,涂层硬度由12.8 GPa提高到23.5 GPa;涂层的结合强度由HF-1变为HF-2,均具有较好的结合强度。     

高强度Ti-Cu-Fe-Si-Nb树枝晶-超细晶复合材料的结构与力学性能

通过合金成分设计和铜模铸造开发出了不含高生物毒性元素Ni且具有高强度和良好室温塑性的Ti_(64)Cu_(25-x)Fe_(10)Si_1Nb_x(x=1,3,5,7;%,原子分数)树枝晶-超细晶结构复合材料,并研究了Nb元素含量对该系合金微观结构和力学性能的影响。研究结果表明, Ti_(64)Cu_(25-x)Fe_(10)Si_1Nb_x(x=1, 3, 5, 7)合金由β-Ti相、亚微米级CuTi_2和CuTi_3相组成。随着Nb元素含量的增加,合金中β-Ti相的体积分数增大,且当Nb含量为5%和7%时,β-Ti相呈枝晶状且分布较均匀。该系合金表现出高压缩断裂强度和硬度,分别为2125～2230 MPa和HV 505～520;压缩塑性应变为3.4%～14.3%,随着Nb含量的提高而增大。因此,通过Nb元素合金化能够有效调控Ti-Cu-Fe-Si-Nb系合金的相组成和力学性能,所开发的Ti-Cu-Fe-Si-Nb合金具有作为手术器械材料在生物医用领域应用的前景。     

掺杂Nb2O5对RHP合成Al2O3-TiAl复合材料的影响

采用反应热压(RHP)工艺,利用Ti、Al、TiO2及Nb2O5之间的放热反应,在较低温度下制备了Nb2O5强化Al2O3/TiAl复合材料.借助XRD、OM及SEM等手段,考察了Nb2O5对Al2O3/TiAl复合材料的相分布及组织结构的影响.结果表明:材料产物由γ-TiAl、α2-Ti3Al、Al2O3和NbAl3相构成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的偏聚.Nb2O5的引入,使得γ-TiAl相含量减少,α2-Ti3Al相含量增大;基体晶粒有所细化,且分布逐渐趋于均匀.当Nb2O5的引入量(质量分数)为6%时,组织主要由α2-Ti3Al/γ-TiAl层片状晶团组成,出现了较完整的γ-TiAl晶粒,属于近片层(NL)组织结构,层片状晶团的尺寸小于50μm,γ晶粒尺寸小于5μm.力学性能测试表明,当Nb2O5的引入量(质量分数)为6%时,材料的抗弯强度达到最大值,约为593MPa,硬度为4.77 GPa;断裂韧度达到最大值,为8.93MPa·m1/2,具有可接受的力学性能.     

IF钢中Al_2O_3-TiN复合夹杂生成机理研究

通过形核理论解释了IF钢中Al2O3-Ti N的形成机理。RH中加TiFe合金化后由于局部wTi.wN浓度积有很大的过饱和度,满足异质形核条件,Ti N会以钢液中Al2O3为核心生成Al2O3-Ti N复合夹杂,但此时的Ti N并不稳定会随着钢液中wTi浓度的均匀而发生分解,在凝固过程中由于温度的降低和wTi的偏析会在凝固前沿Ti N再次析出。     

两种不同的加料方式对铝钛硼中间合金成分的影响

在熔制A1-Ti—B中间合金时,氟钛酸钾、氟硼酸钾的不同的加料方式直接影响整个化学反应过程,从而对Al—Ti—B中间合金的化学成分即Ti,B元素的吸收率有一定影响;在其它（反应温度、反应时间）相同的工艺参数条件下,通过不同的原料添加方式得到的Al—Ti—B中间合金成分的对比,结果表明,不同的加料方式使得A1-Ti—B中间合金成分存在较大的差异,进而影响中间合金TiB2和TiAl3颗粒的分布,形貌及其尺寸大小。本文重点讨论加料方式对铝钛硼中间合金细化剂成分的影响。     

Mg_(10)Al_((7-x))Li_2Ti_x(x=0,1,2,3)合金的制备及储氢性能研究

在氩气保护下,采用机械合金化法制备Mg_(10)Al_((7-x))Li_2Ti_x(x=0,1,2,3)合金,并通过XRD、SEM以及DSC等手段对合金进行表征。结果表明,适量的Ti替代Al可以提高合金的吸氢量、降低合金的初始氢化/脱氢温度和提高合金氢化/脱氢动力学性能。Mg_(10)Al_((7-x))Li_2Ti_x(x=1,2,3)合金样品比Mg10Al7Li2合金的初始氢化温度都降低了62K,而初始脱氢温度则分别降低了77、98和59K。当Ti的替代量为x=2时,合金的综合储氢性能最好。     

热处理对铸态Ti48Al2Cr2Nb1B合金组织和性能的影响

经真空自耗凝壳炉浇注得到Ti48Al2Cr2Nb1B合金试棒,通过显微组织观察和力学性能测试,研究了淬火及时效工艺对Ti48Al2Cr2Nb1B合金组织和性能的影响。结果表明,通过淬火+时效处理可以提高铸态Ti48Al2Cr2Nb1B合金的抗拉强度,但对其塑性的影响作用有限。经1 380℃×30 min/QC+1 240℃×6 h/AC处理后,Ti48Al2Cr2Nb1B合金可以获得均匀细小的双态组织,室温抗拉强度最高。     

合金元素对机械合金化和放电等离子烧结Ti-Nb基合金显微组织的影响

β-Ti型结构的钛基材料在生物材料领域具有广泛的应用前景。本文采用机械合金化法和放电等离子烧结制备β-Ti型Ti-Nb基合金,研究不同Nb,Fe含量对合金显微组织及力学性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)等手段分析合金的显微组织变化情况。结果表明:机械合金化过程中,粉末的平均粒度减小,当球磨时间超过60 h时粉末易发生团聚。当球磨转速为300 r/min,球料比为12:1,Ti和Nb的质量分数分别为64%和24%时,球磨100 h后制备的粉体材料中具有一定体积的非晶相。该粉末在1 000℃下通过放电等离子烧结(SPS)制备具有均匀细小的球状晶粒组织的Ti-Nb合金,其强度、伸长率和弹性模量分别为2 180MPa,6.7%和55 GPa。通过控制Nb,Fe的含量,可以促进β-Ti相形成,获得高强度和低杨氏模量的Ti-Nb合金。     

等离子表面Cr-Si合金化改善TiAl基合金高温抗氧化性能的研究

利用等离子表面合金化技术,在TiAl基合金表面实现了Cr-Si二元共渗。通过SEM、EDS、XRD检测合金渗层的形貌、合金元素含量与相结构,并研究了合金化处理对TiAl基合金高温抗氧化性能的改善效果。结果表明,合金渗层组成相为Cr3Si及Laves相TiCr2,过渡层物相主要为Al8Cr5与Al3Ti,合金层内Cr、Si元素含量呈梯度分布;经高温氧化后合金渗层表层形成致密CrO2,内层形成连续Al2O3阻隔层,其氧化动力学曲线呈典型的抛物线型。     

新型钒基新能源汽车电池负极合金的制备与性能研究

采用自蔓延高温合成法制备了添加不同含量合金元素Al或Cr的新型钒基新能源汽车电池负极合金V65Ti20Ni15,并进行了显微组织、电化学循环稳定性和耐腐蚀性能的测试与分析。结果表明,合金元素Al或Cr,有助于改善合金内部组织,提高合金的电化学循环稳定性和耐腐蚀性能;复合添加合金元素Cr和Al的V59Ti20Ni15Al3Cr3合金的电化学循环稳定性和耐腐蚀性能最佳。与不添加合金元素的V65Ti20Ni15合金相比,复合添加合金元素Cr和Al的V59Ti20Ni15Al3Cr3合金的充放电循环50次后放电容量衰减率从85%减小到23%、腐蚀电位正移692 mV,合金的电化学循环稳定性和耐腐蚀性能得到显著提高。