BN基耐火材料與熔鈦界面反應(yīng)的研究.pdf

1、市場對鈦合金日益增長的需求，使豐富的鈦資源與其高生產(chǎn)成本之間的矛盾更加突出。如何降低鈦及鈦合金的成本始終是材料研究工作者關(guān)心的問題。采用耐火材料坩堝感應(yīng)熔煉鈦及鈦合金并結(jié)合熔模精鑄，是實現(xiàn)低成本鈦及鈦合金的重要途徑，但不可避免需要面對耐火材料對熔鈦的污染問題，因此研究耐火材料與熔鈦之間的界面反應(yīng)是實現(xiàn)耐火材料熔鈦鑄鈦的重要支撐。BN是一種品質(zhì)優(yōu)秀的耐火材料，在特種冶金、真空蒸鍍中得到應(yīng)用。上世紀八九十年代有人發(fā)現(xiàn)熱解BN在工業(yè)純鈦的熔煉

2、中表現(xiàn)良好[46]，其中除了由于熱解BN比其他壓制燒結(jié)的耐火材料具有更高的致密度外，主要歸因于BN本身的化學(xué)穩(wěn)定性，但該工作只進行了初步探索。本論文采用熱壓高純BN，研究其與TiNi合金、Ti6A14V合金熔體的界面反應(yīng)，分析其反應(yīng)機理，對BN在鈦合金熔煉鑄造領(lǐng)域應(yīng)用的可行性作出討論。 通過將BN試棒浸入熔融鈦合金熔池(浸漬法)和少量鈦合金在小坩堝內(nèi)熔化并凝固(坩堝熔煉法)兩種方法獲取不同熔煉時間不同溫度條件的界面。采用X射線衍

3、射對界面生成物進行物相分析，掃描電子顯微鏡進行界面形貌分析，電子探針進行界面及其附近區(qū)域各元素成分分布。結(jié)果表明，熔鈦與BN的生成物主要是Ti的氮化物和硼化物；BN試棒浸入TiNi熔池后提出表面形成一個由Ti的氮化物和硼化物以及少量金屬組成的反應(yīng)產(chǎn)物層，厚度約1～2 μm，且隨浸入時間變化不明顯。通過背散射電子相和各元素分布狀況看出，界面附近形成厚度為幾到十幾微米的界面層，界面層內(nèi)B、N元素含量呈下降趨勢，Ti含量呈上升趨勢，其他合金元

4、素沒有或有少量存在。 采用高純BN坩堝熔煉TiNi、Ti6A14V合金，得到不同時間熔煉時間的鈦鑄錠，測出鑄錠中N、B元素的含量，從實際熔煉效果考察界面反應(yīng)對熔體的影響。結(jié)果表明：經(jīng)過不同時間熔煉的TiNi合金，B、N增量略有差別，總體在100～200ppm；但對Ti6A14V合金而言，熔煉時間的長短跟B、N增量的關(guān)系比較顯著，總體B、N增量很大，約5000～10000ppm。 熱力學(xué)計算表明，BN與不同溫度不同鈦活度的

5、熔池中，與鈦反應(yīng)生成硼化鈦、氮化鈦的驅(qū)動力都很大；反應(yīng)的生成物在一定條件下的熔池中可以逐漸向低熔點低Ti/B，Ti/N比的化合物或固熔體轉(zhuǎn)變，證明了反應(yīng)生成物在不用溫度的熔池中的穩(wěn)定性不同，也是造成熔鑄TiNi、Ti6A14V合金結(jié)果差別的重要原因：熔煉TiNi合金時，坩堝表面的生成物可以生成一層較穩(wěn)定的界面反應(yīng)的阻擋層，使界面反應(yīng)速度受制于Ti、B、N在阻擋層中的擴散而逐漸趨于0；熔煉Ti6A14V時，坩堝與熔池之間界面層的存在依賴于