Nb與TiAl合金互擴(kuò)散行為及機(jī)理研究.pdf

1、TiAl合金由于具有較低的密度、較高的彈性模量、優(yōu)異的高溫蠕變性能和抗氧化性，被認(rèn)是有望取代鎳基合金被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天行業(yè)的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。然而，其室溫脆性和抗高溫氧化性能不足等問(wèn)題限制了其應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)Nb的加入能有效的改善TiAl合金的高溫抗氧化性能和蠕變性能。但是對(duì)于Nb合金化TiAl合金形成金屬間化合物以及高溫氧化過(guò)程中Ti-Al-Nb體系的互擴(kuò)散行為過(guò)程尚不清楚，這導(dǎo)致Nb合金化TiAl合金的組織和性能控制存在難度。因此

2、，弄清金屬間化合物的形成過(guò)程和形成機(jī)制，以及高溫條件下Ti-Al-Nb體系的擴(kuò)散行為，對(duì)Nb合金化TiAl合金以及其性能的改變具有非常重要的意義。
　　本文采用熱壓燒結(jié)技術(shù)制備N(xiāo)b/TiAl合金擴(kuò)散偶。采用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射技術(shù)(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、能譜儀(EDS)等測(cè)試研究方法，對(duì)Nb/TiAl合金擴(kuò)散偶接頭界面顯微組織結(jié)構(gòu)、相組成和元素分布進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。考察Nb/TiA

3、l合金擴(kuò)散層生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，根據(jù)Boltzmann-Matano和Dayananda理論研究Nb/TiAl合金擴(kuò)散偶體系的擴(kuò)散行為和機(jī)理。
　　研究發(fā)現(xiàn):采用熱壓燒結(jié)技術(shù)制備的Nb/TiAl合金擴(kuò)散偶的擴(kuò)散接頭連接良好，接頭界面處沒(méi)有裂紋和缺陷存在。隨著連接溫度和保溫時(shí)間的增加擴(kuò)散層厚度增加，特別當(dāng)連接溫度為1350℃保溫時(shí)間480min時(shí)擴(kuò)散接頭反應(yīng)層厚度達(dá)到139μm左右，同時(shí)界面顯微組織較其他條件的也有明顯的變化。接頭界面典型結(jié)

4、構(gòu)為Nb/AlNb3+AlNb2/ AlNb2+ Ti2AlNb/Ti2AlNb+ Ti4NbAl3+ Ti3Al+TiAl/Ti3Al+ TiAl。
　　闡明界面演化機(jī)制包括升溫?cái)U(kuò)散，兩側(cè)界面反應(yīng)，原子反應(yīng)，冷卻四個(gè)階段。從動(dòng)力學(xué)的角度分析Nb/TiAl合金接頭反應(yīng)層的生長(zhǎng)行為可知:接頭界面反應(yīng)層厚度與保溫時(shí)間的關(guān)系曲線符合拋物線方程，即界面反應(yīng)層生長(zhǎng)速率由擴(kuò)散速率控制，并計(jì)算獲得Nb/TiAl合金界面反應(yīng)層生長(zhǎng)激活能為434.