Ti-Si-Sn體系相關(guān)系及合金組織對周期結(jié)構(gòu)形成影響的研究.pdf

1、周期層片結(jié)構(gòu)自從被發(fā)現(xiàn)以來，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，但仍缺乏令人滿意的理論描述。本研究以相圖測試為基礎(chǔ)，選擇N/(M-Si)(N= Zn、Sn，M= Co、Ni)擴(kuò)散偶來制備周期層片結(jié)構(gòu)，探索可能出現(xiàn)周期結(jié)構(gòu)的合金體系；同時研究了晶粒大小與取向?qū)χ芷诮Y(jié)構(gòu)形成的影響，探討周期層片結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理；并首次嘗試制備含有周期層片結(jié)構(gòu)的塊體材料。主要內(nèi)容如下：
　?。?）實驗測試了Ti-Si-Sn三元系900℃和1200℃的等溫截面相圖。實驗

2、結(jié)果表明，τ相是該體系中唯一的三元化合物，屬四方的W5Si3結(jié)構(gòu)類型，在900℃和1200℃都能穩(wěn)定存在。在Ti-Si-Sn三元系900℃和1200℃的相平衡關(guān)系中，存在11個平衡三相區(qū)，分別是：τ+Ti5Si3+Ti5Sn3、τ+Ti5Si3+Ti3Sn、τ+Ti2Sn+Ti3Sn、τ+Ti2Sn+Ti5Sn3、β-Ti+Ti5Si3+Ti3Sn、Liq.+TiSi+TiSi2、Liq.+Si+TiSi2、Liq.+Ti6Sn5+Ti

3、5Sn3、 Liq.+Ti5Si3+Ti5Sn3、Liq.+Ti5Si3+Ti5Si4和 Liq.+TiSi+Ti5Si4。900℃時，Si在 Ti5Sn3、Ti2Sn和Ti3Sn中的溶解度分別是12.4at.％、3.7 at.％和5.1at.％。Sn在Ti5Si3中的溶解度是3.6at.％。1200℃等溫截面中，相關(guān)系與900℃時相同；Si在Ti5Sn3、Ti2Sn和Ti3Sn中的溶解度分別是12.6 at.％、4.4 at.％和3.

4、4 at.％。Sn在Ti5Si3中溶解度是3.0at.％。
　　（2）制備了 Ti5Si3/Sn、TiSi2/Sn、Ti-30at.％Si/Sn、Ti-42at.％Si/Sn，Co2Si/Al、Ni3Si/Zn、Ni2Si/Zn、Co2Si/Zn和Co3Si/Zn擴(kuò)散偶，探索可能出現(xiàn)周期結(jié)構(gòu)的合金體系；(Ti,Si)/Sn體系中，不論Sn是在固態(tài)或者是液態(tài),合金與Sn都未發(fā)生反應(yīng)；Co2Si/Al、Ni2Si/Zn和Co3Si/Z

5、n體系中，雖然出現(xiàn)了反應(yīng)層，形成的是簡單的層片組織。
　?。?）采用擴(kuò)散偶技術(shù)，結(jié)合SEM-EDS-EBSD和XRD分析手段，研究了Ni3Si合金晶粒大小和取向?qū)χ芷趯悠Y(jié)構(gòu)形貌的影響。實驗發(fā)現(xiàn)：Ni3Si合金在800℃退火15d-30d時，隨著退火時間的延長，最強峰的半高寬減小，晶粒尺寸增大；Zn/Ni3Si擴(kuò)散偶450℃反應(yīng)時，擴(kuò)散反應(yīng)區(qū)形成了周期型層片組織；隨著基體合金退火時間的延長，層片對厚度也明顯變大；該體系中周期層片組

6、織厚度的變化與晶粒取向無關(guān)，可能與晶界相關(guān)。當(dāng)基體晶粒越小時，晶界越多，Zn的擴(kuò)散加速，因此Zn更容易在T-Ni2Zn3Si/Ni3Si基體界面附近聚集，促進(jìn)γ相的生長，因此層片對形成所需要的時間也會減少，體現(xiàn)為層片對越??；反之，層片對增厚。
　?。?）結(jié)合SEM-EDS-EBSD技術(shù)，研究了Co2Si/Zn體系擴(kuò)散偶450℃退火50min-12h時擴(kuò)散反應(yīng)區(qū)的組織。實驗發(fā)現(xiàn)：擴(kuò)散反應(yīng)區(qū)形成了周期型層片組織，由 CoSi和γ2雙相

7、層以及液相和γ2相雙相層組成，形貌與Co2Si基體晶粒取向有關(guān)；擴(kuò)散反應(yīng)區(qū)的總厚度隨反應(yīng)時間的延長線性生長。結(jié)合Co-Si-Zn體系的熱力學(xué)計算，討論了Co2Si/Zn體系中周期層片組織的形成機(jī)理。
　　此外，已經(jīng)初步完成Co2Si/Zn和TiCu/Zn這兩個體系含有周期結(jié)構(gòu)塊體材料的制備。但在制備的塊體材料中，還存在著周期結(jié)構(gòu)不均勻并且含有較多孔洞的缺陷。
　　本研究可以豐富擴(kuò)散界面反應(yīng)理論，對材料連接、復(fù)合材料和材料表面