Ti/TiAl3层状复合材料与TiAl金属间化合物的反应扩散制备技术

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	Ti/TiAl3层状复合材料与TiAl金属间化合物的反应扩散制备技术
	徐磊
学位类型	博士
导师	杨锐
	2006-02-27
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	金属研究所
学位专业	材料学
关键词	层状复合材料轧制复合反应扩散生长动力学 Tial 基合金粉末冶金
摘要	Ti-Al系层状复合材料由于具有良好的耐蚀性、低密度、优良的热传导性能、足够的结合强度和弯曲性能，高的比强度和比刚度等性能而具有广阔的工程应用前景。本文采用元素箔片法制备Ti-Al系层状复合材料，通过真空热压、冷轧复合、热轧复合(600oC热轧复合) 和压轧复合四种手段制备出界面结合良好的Ti-Al系层状复合材料，其中三种轧制复合法的最佳轧制变形量分别确定为50%，61%和63%。本文采用两种方法制备出Ti/TiAl3层状复合材料：(1) Ti/Al真空预热压板材经过600oC的63%轧制变形后，再经过600oC/3 h的真空热处理；(2) 热轧坯在950oC保温8 min，进行48%的热轧变形。Ti-Al系的扩散中，晶界扩散是主要的扩散方式；由于热轧过程中动态再结晶所致晶粒细化，晶界增多，促进了Ti/Al反应扩散的进行。轧制温度为600oC时，提高轧制变形量有利于Ti/Al反应扩散的进行。为研究Ti-Al系反应扩散的机制，采用600oC/50MPa/3h真空热压工艺将Ti/Al箔片复合，制成Ti/Al多层扩散偶。结果表明：在Al的熔点(660oC)以下时，TiAl3相是Ti/Al界面反应区唯一的界面反应产物。将改进的有效生成焓模型应用到Ti-Al二元系中，能够很好地解释TiAl3首先出现在界面区的实验观察。同时，改进的有效生成焓模型还正确地预测了TiAl相是TiAl3和Ti层之间形成的第二相。 Ti和Al都是发生扩散的元素，与反应温度是否高于Al的熔点或者低于Al的熔点无关。TiAl3层的生长主要出现在TiAl3 /Al的界面处。随着反应温度的升高，TiAl3层生长的动力学因子n在0.30~1.05之间发生变化。结果表明：控制Ti/Al反应扩散的机制由晶界扩散向在TiAl3层中的体扩散发生转变，接着转变为受TiAl3 /Al界面处的化学反应控制。实验发现，界面反应层生长速率k随着温度的升高而减小。如果把界面反应看作是Ti原子在Al层中的扩散过程，并且这个过程受Ti在Al中的随温度升高不断增大的固溶度的限制。对这个扩散过程简化处理，得到与实验发现相一致的界面反应层生长速率k的变化趋势。本研究采用韧性的Ti粉与脆性的TiAl3基合金粉末方法制备-TiAl合金，不但有效地避免烧结过程中的体积膨胀，而且因TiAl3基合金与Ti的熔点相近有利于真空烧结和成分均匀化；因Ti粉的韧化作用，采用真空热压法成型的合金坯料具有较好的冷成型和中温加工性能，降低了-TiAl合金的加工成本。采用热等静压成型的TiAl基合金的致密度能达到理论密度的97 %以上。选用910 oC/2 h/125 MPa热等静压和1200oC/4 h/135MPa热等静压时，制备的TiAl基合金的密度达到理论密度的99.5 %以上。提高热等静压温度和压力能够有效地提高材料的致密度，而且能够缩短反应时间。热等静压制备的Ti-47Al粉末冶金合金，经过真空热处理后可以得到具有不同组织的γ-TiAl基合金，表明通过热处理可以调整Ti-Al粉末冶金合金组织，使其性能得到改善，以满足不同的使用要求。
页数	117
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16899
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	徐磊. Ti/TiAl3层状复合材料与TiAl金属间化合物的反应扩散制备技术[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所,2006.