TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物的扩散连接

对TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物进行了扩散连接试验，研究了直接扩散连接和采用Ni为中间层进行扩散连接的接头界面结构及工艺参数对界面结构和连接性能的影响。直接扩散连接时，连接界面处生成了Ti(Cu，Al)2金属间化合物，采用Ni为中间层进行扩散连接时，界面处生成了单层TiAlNi2金属间化合物层和两层T1，Al，N2扩散层共三层结构。直接扩散连接时，连接温度T＝1223K，时间t=1．8ks，压力p＝80MPa时接头强度为103MPa；采用Ni为中间层时，连接温度T＝1273K，时间t=1．8ks，压力p=80MPa时接头强度为110MPa。     

Ti3AlC2掺杂SPS法制备Ti2AlC/TiAl复合材料的研究

通过2TiC-Ti-1.2Al体系的原位热压反应制备了Ti₃AlC₂陶瓷,然后以59.2Ti-30.8Al-10Ti₃AlC₂(wt%)为反应体系,采用放电等离子烧结技术制备出Ti₂AlC/TiAl基复合材料。借助XRD、SEM分析了产物的相组成和微观结构,并测量了其室温力学性能。结果表明：原位热压烧结产物由Ti₃AlC₂和TiC相组成,Ti₃AlC₂呈典型的层状结构,TiC颗粒分布在其间。SPS法制备的Ti₂AlC/TiAl基复合材料主要由TiAl、Ti₃Al和Ti₂AlC相组成,Ti₂AlC增强相主要分布于基体晶界处,表现为晶界/晶内强化作用。力学性能测试表明：Ti₂AlC/TiAl基复合材料的密度、维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为3.85 g/cm₃、5.37 GPa、7.17 MPa?m_1/2和494.85 MPa。     

以Ti-Zr-Cu-Ni-Fe合金为中间层的Ti3Al/TiAl瞬间液相扩散连接

采用瞬间液相扩散焊方法,以自主设计的Ti-Zr-Cu-Ni-Fe系新型合金作为中间层,实现了Ti₃Al基合金与TiAl异种材料之间的连接.利用扫描电镜、电子探针以及X射线衍射分析等方法对接头界面微观组织和物相进行了分析.结果表明,Ti₃Al/TiAl接头主要由富Ti相、Ti₂Al反应层、α₂-Ti₃Al相以及溶入了Al元素的残余中间层组成;随着焊接温度的升高,中间层与母材的溶解与扩散变得更加强烈,使得Ti₂Al反应层厚度增加,残余中间层的数量减少.抗剪测试结果显示,焊接接温度在880~1010℃范围内时,提高焊接温度有利于接头强度的提高;接头在室温下的最大抗剪强度达到502 MPa,在500℃下为196 MPa.     

连接温度对TiAl/Ti3AlC2扩散焊接头界面结构及性能的影响

采用Ti/Ni复合中间层实现了TiAl合金和Ti₃AlC₂陶瓷的扩散连接,利用SEM,XRD等分析方法对接头界面结构进行了分析.结果表明,TiAl/Ti₃AlC₂接头典型界面结构为TiAl/Ti₃Al+Al₃NiTi₂/Ti₃Al/α-Ti+Ti₂Ni/Ti₂Ni/TiNi/Ni₃Ti/Ni/Ni₃(Ti,Al)/Ni₃Al+TiC_x+Ti₃AlC₂/Ti₃AlC₂.随着连接温度的升高,TiAl/Ti界面处的Ti_ss层逐渐减小,Ti₃Al化合物层逐渐变厚;TiNi化合物层厚度显著增加,Ti₂Ni和Ni₃Ti层厚度基本保持不变.接头抗剪强度随连接温度升高先增加后减小,当连接温度为850℃时,接头的抗剪强度最高可达到85.3 MPa.接头主要在Ni/Ti₃AlC₂界面及Ti₃AlC₂基体处发生断裂.     

TiAl3对燃烧合成Ti3AlC的影响

以单质粉末Ti，Al和碳黑为原料，研究了添加金属间化合物TiAl3对燃烧合成Ti3AlC的影响。实验结果表明，仅以单质粉末Ti，Al和碳黑为原料，按Ti3AlC化学计量比配料，燃烧产物主要物相是Ti2AlC和TiC，无Ti3AlC。但在保持原料配比不变的情况下，在反应物原料中添加金属间化合物TiAl3（0～23．5％，质量分数）后，可得到Ti3AlC相物质，其含量随TiAl3的增加而显著增多，成为燃烧产物的主要物相之一。从动力学和热力学角度探讨了TiAl3对燃烧合成Ti3AlC的影响机理。     

Si3N4/Ni/TiAl扩散连接接头界面结构及性能

采用厚度为80 μm的镍中间层实现了Si3N4陶瓷和TiAl合金的扩散连接.采用扫描电镜(SEM),能谱检测(EDS)等分析方法确定了TiAl/Ni/Si3N4扩散焊接头的典型界面结构为TiAl/Al5Ni2Ti3/AlNi2Ti/Ni3(Ti,Al)/Ni(s,s)+Ni3Si/Si3N4.重点分析了连接温度对接头界...     

DD3高温合金与Ti3AlC2陶瓷的真空钎焊

通过对比试验优选出了合适钎料,并进行了后续钎焊试验.在钎焊温度800~900℃,保温时间为10 min的条件下,采用Ag-Cu-Ti钎料实现了DD3镍基高温合金与Ti₃AlC₂陶瓷的真空钎焊连接.利用扫描电镜、能谱仪、XRD等对接头的界面结构进行了分析.结果表明,接头的典型界面结构为DD3/AlNi/Al₃(Ni,Cu)₅+Al(Ni,Cu)+Ag_ss/(Al,Ti)₃(Ni,Cu)₅/Al₄Cu₉+AlNi₂Ti+Ag_ss/TiAg/Ti₃AlC₂.接头的力学性能测试表明,在钎焊温度为850℃,保温时间为10 min的条件下,接头的最高抗剪强度可达135.9 MPa,断裂发生在靠近钎缝的Ti₃AlC₂陶瓷侧.降低和提高钎焊温度对接头界面组织影响不大,但接头强度有一定程度下降.     

多步热处理对Ti2AlC/TiAl复合材料组织与性能的影响

利用放电等离子烧结(SPS)技术,原位制备了Ti2AlC/TiAl复合材料,研究了多步热处理对Ti2AlC/TiAl显微组织与力学性能的影响.结果表明,通过多步热处理,Ti2AlC/TiAl的力学性能得到明显改善.其中在1390℃热处理时,弯曲强度达到957.9 MPa,断裂韧性达到20.73 MPa·m1/2.通过多步热处理,可以得到双态组织和晶粒更为细小均匀的近y组织的TiAl基体,复合材料的断裂模式转变为穿晶解理断裂.在热处理过程中,Ti2AlC能够显著抑制TiAl基体中y晶粒和α2/y层片晶团的长大,并且在一定程度上,阻碍α2/y层片晶团的形成.     

Ti/Cu/Ti复合中间层扩散连接TiC-Al2O3/W18Cr4V接头组织分析

通过添加Ti/Cu/Ti复合中间层,控制加热温度1 130 ℃,保温1 h,连接压力15 MPa,实现陶瓷基复合材料TiC-Al2O3 与高速钢W18Cr4V的真空扩散连接,TiC-Al2O3/W18Cr4V接头抗剪强度达103 MPa.采用扫描电镜、X射线衍射、电子探针等测试方法分析了TiC-Al2O3/W18Cr4V扩散连接接头的微观组织结构和显微硬度分布.结果表明,Ti/Cu/Ti复合中间层与两侧基体TiC-Al2O3和W18Cr4V发生扩散结合,形成均匀致密、宽度为90 μm的扩散过渡区,过渡区显微硬度从3 400 HM逐渐降低到1 000 HM,形成的相结构主要有Ti3Al, CuTi2, Cu和TiC.     

γ—TiAl基合金的表面激光处理及超塑性扩散连接

较系统地研究了AiAl基合金激光快速熔凝组织细化特征及该类组织的超塑连接规律。结果表明,激光处理后试样表面熔凝区的组织主要为胞状枝晶组织,经后续热处理后转变为细小的等轴晶粒组织,并形成了良好的超塑连接条件。利用该表面组织对试样进行超塑扩散连接,探讨了连接温度,压力和时间对连接效果的影响。表面细化组织试样与整体细化组织试样的超塑连接具有基本相同的连接规律,在连接温度900℃,连接压力60MPa,连接时间1h条件下,可以实现试样的超塑扩散连接。     

Si3N4陶瓷/Inconel 600合金液相诱导扩散连接接头的强度与断裂行为

利用Nb／Cu／Ni复合层作中间层，采用液相诱导扩散连接方法连接了Si3N4陶瓷／Inconel 600合金，用剪切试验评价接头强度，采用扫描电镜(SEM)观察接头的断口形貌，系统地分析了连接压力、连接时间，连接温度对Si3N4陶瓷／Inconel 600合金液相诱导扩散连接接头的强度和断裂行为的影响。结果表明，连接温度(在连接时间为3000s以及连接压力为5MPa条件下)、连接压力(在连接温度为1130℃以及连接时间为3000s条件下)和连接时间(在连接温度为1130℃以及连接压力为10MPa条件下)都与接头的剪切强度呈抛物线关系。     

自生Ti2AlC/TiAl复合材料的组织及反应过程

采用自蔓延燃烧合成及真空电弧熔炼的方法,以碳纤维(Cf)、钛粉及铝粉为原料,合成了Ti2AlC/TiAl复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析了复合材料的物相组成和微观结构,讨论了原位合成Ti2AlC的反应和二次Ti2AlC的析出过程。结果表明,复合材料铸锭由Ti2AlC、TiAl和Ti3Al3相组成,基体由α2(Ti3Al)+γ(TiAl)片层和γ(TiAl)等轴晶粒构成,原位自生的Ti2AlC分布均匀,呈短纤维状或颗粒状。1200℃均匀化热处理促使Ti3Al分解为TiAl和Ti2AlC,导致Ti2AlC粗化,同时基体表面析出细小的二次Ti2AlC颗粒。     

Ti2AlC／TiAl复合材料热处理组织的细化

利用放电等离子烧结（SPS）技术，原位制备Ti2AlC／TiAl复合材料，并对其进行多步热处理，研究增强相Ti2AlC和微量元素B对Ti2AlC／TiAl复合材料热处理组织的细化作用。研究发现，在热处理过程中，Ti2AlC和B能够显著抑制TiAl基体中γ晶粒和α2／γ层片晶团的长大，有效地细化Ti2AlC／TiAl复合材料的热处理组织。显微组织的细化能够显著强韧化复合材料，其中经1390℃热处理的复合材料的弯曲强度达到957．9MPa，断裂韧性达到20．73MPa·m^1/2。     

添加TiAl对燃烧合成Ti3AlC2粉体的影响

采用Ti，Al和C粉末为反应物原料，研究了添加金属间化合物TiAl对燃烧合成Ti3AlC2的影响。从动力学和热力学的角度探讨了TiAl对燃烧合成Ti3AlC2的影响机理。实验结果表明，仅以单质粉末Ti，Al和碳黑为原料，按Ti3AlC2化学计量比配料，燃烧产物的主要物相是TiC，只能得到少量Ti3AlC2相，但在保持原料配比不变的情况下，在反应物原料中添加金属间化合物TiAl(20％-35％)(质量百分数)后，燃烧合成产物中Ti，AlC2的含量显著增加，成为燃烧产物的主要物相，而TiC的含量则显著减少。燃烧产物中Ti3AlC2的含量随添加TiAl量的增加而显著增多。     

中间层成分对TiAl/TiB2金属陶瓷SHS连接的影响

采用自蔓延高温合成(SHS)连接技术对TiB2金属陶瓷与TiAl进行连接试验,并研究工艺参数对SHS连接接头界面结构的影响.结果表明,不同成分的中间层发生SHS反应的放热量不同,从而会导致连接界面处的界面结构发生明显的变化.TiAl侧界面处出现的TiAl3反应层厚度与TiB2金属陶瓷侧出现的贫Cu层的厚度均随放热量的增加而明显增加,中间层环状结构的层数及尺寸也发生相应的变化.     

W与Ti3SiC2陶瓷的放电等离子烧结连接

本研究成功地以放电等离子烧结方法将W和Ti3SiC2块体连接,得到界面结合良好、组织均匀、晶粒细小、没有明显缺陷的界面组织,通过生成以WC和W2C为主的过渡层,连接界面形成了冶金结合,为陶瓷与金属材料的连接提供了一条新途径.     

Microstrucmre and mechanical properties of Al2O3/TiAl composite

Al2O3/TiAl composites were fabricated by PAXD （pressure-assisted exothermic dispersion） method. The effects of Nb205 content on the microstructure and mechanical properties of the composites were investigated. The results show that the ultimate phases of the composite consist of TiAl, Ti3Al, Al2O3 and a small amount of NbA13. SEM reveals that a submicron γ＋（α2/γ） dual phases structure can be presented after sintered at 1 200 ℃, Furthermore, with the increase of Nb205 content, the ratio of TiAl to Ti3Al phase decreases correspondingly, the grains of the corflposites are remarkably refined, and the produced Al2O3 particles are uniformly dispersed. When 6% Nb205 is added, the composite has the best comprehensive properties. It exhibits a Vickers hardness of 4.77 GPa and a bending strength of 642 MPa. Grain-refinement and dispersion-strengthening are the main strengthening mechanisms.     

Nb-Cr掺杂原位合成Al2O3/TiAl复合材料的组织与性能

采用原位热压工艺,在Ti-Al-TiO2-Nb2O5体系中加入Cr2O3原位合成Al2O3/TiAl复合材料.借助X射线衍射分析、SEM分析及力学性能分析,研究了Nb-Cr掺杂复合强化Al2O3/TiAl复合材料的反应过程、微观结构及力学性能.结果表明Nb-Cr掺杂原位合成Al2O3/TiAl复合材料能够细化晶粒并通过微合金化增强增韧TiAl复合材料.     

Microstructure and strength of TiAl/40Cr joint diffusion bonded with vanadium-copper filler metal

1　INTRODUCTIONInrecentyears,considerableinteresthasfocusedonTiAlintermetallicsbecauseofuniquepropertiessuchaslowdensity,goodstiffness,highelevatedtemperaturestrength,andexcellentoxidationresistance[1～4].TiAlintermetallicshasbeenconsideredasidealnewhight…