Ti-Al擴(kuò)散反應(yīng)機(jī)理與動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、近年來,隨著航空航天領(lǐng)域及汽車領(lǐng)域?qū)Ω邷亟Y(jié)構(gòu)材料性能的不斷提高,Ti-Al基合金的研究越發(fā)受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。Ti-Al金屬間化合物具有高溫強(qiáng)度高、抗氧化、抗燃燒、密度低等優(yōu)點(diǎn),從而使其成為在航空航天領(lǐng)域及汽車領(lǐng)域中最具潛力的結(jié)構(gòu)材料,因此研究Ti/Al擴(kuò)散反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及擴(kuò)散機(jī)理顯得尤為重要,從而為Ti-Al金屬間化合物的制備提供理論基礎(chǔ)。
　　不同條件下Ti/Al發(fā)生擴(kuò)散反應(yīng)可以生成TiAl3、Ti3Al、TiAl、TiAl2和

2、Ti2Al5等金屬間化合物中的一種或者幾種。擴(kuò)散反應(yīng)動(dòng)力學(xué)指建立擴(kuò)散產(chǎn)物的生成量與反應(yīng)時(shí)間、溫度的關(guān)系;擴(kuò)散機(jī)理指確定反應(yīng)產(chǎn)物及其生成次序及生長機(jī)制。
　　采用掃描電鏡(SEM)、能譜分析及線掃描成分分析(EDS)、X射線衍射儀(XRD)分析不同條件下的Ti/Al擴(kuò)散反應(yīng)產(chǎn)物及生成量。
　　研究了520℃~630℃范圍內(nèi),Ti/Al擴(kuò)散反應(yīng)機(jī)理和630℃~1150℃范圍內(nèi),Ti/TiAl3高溫?cái)U(kuò)散反應(yīng)機(jī)理。采用相互貼合好的T

3、i片和Al片,研究Al未完全消耗時(shí),520℃~630℃范圍內(nèi)不同時(shí)間下Ti/Al低溫?cái)U(kuò)散反應(yīng)。Ti/Al界面的反應(yīng)產(chǎn)物為單一相TiAl3。將低溫?cái)U(kuò)散反應(yīng)剩余的Al洗去,得到Ti和TiAl3,研究了630℃~1150℃范圍內(nèi)不同時(shí)間下Ti/Al高溫?cái)U(kuò)散反應(yīng)即Ti/TiAl3高溫?cái)U(kuò)散反應(yīng)。630℃~900℃,Ti/TiAl3擴(kuò)散反應(yīng)產(chǎn)物為Ti3Al、TiAl和TiAl2。1050℃~1150℃,Ti/TiAl3擴(kuò)散反應(yīng)產(chǎn)物為Ti3Al、Ti

4、Al、TiAl2和Ti2Al5。
　　520℃~630℃范圍內(nèi),建立生成量TiAl3與時(shí)間、溫度的關(guān)系,TiAl3生長隨時(shí)間呈拋物線規(guī)律增長。TiAl3的反應(yīng)激活能為170.1kJ/mol,動(dòng)力學(xué)指數(shù)n=0.5。TiAl3的形成是在Ti和Al相互擴(kuò)散的作用下形成的,存在晶格擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散兩種擴(kuò)散機(jī)制。630℃~1150℃范圍內(nèi),分別建立總反應(yīng)層生成量、TiAl生成量與時(shí)間、溫度的關(guān)系,即建立了動(dòng)力學(xué)方程。總反應(yīng)層的反應(yīng)激活能為79