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机械合金化Al/Ti混合粉末的组织和热稳定性研究

陈新亮  
【摘要】:中文摘要 Ti-Al 基金属间化合物具有轻质(密度小)、熔点高、强度大、耐腐蚀和抗氧 化能力强的性能,被认为是一种极具应用潜力的新型航空航天结构材料。但此类 金属间化合物室温延性和韧性差,阻碍其实际应用。传统的制取 Ti-Al 工艺常采 用真空熔炼,需要液相温度以上,铸锭晶粒较粗大,易于产生裂纹,且成分偏析 比较大。为了在常温下或者低温下制取此种金属间化合物,我们采用机械合金化 和反应烧结技术,有望成为制备高性能 Ti-Al 基合金的有效途径。本文主要对机 械合金化 Al/Ti 混合粉末的组织和热稳定性进行了研究。 本文介绍了机械合金化技术的发展进程,阐述了 Ti-Al 基合金的物理特性和 前人的研究成果;利用机械合金化技术制取了 Al-x at.%Ti (x=6, 12, 25, 50, 80)合 金粉末,并且对部分粉末进行后续压坯和反应烧结处理。 通过对 Ti-Al 合金粉末系列样品的 X 射线衍射、扫描电镜、差热分析等技术 的测量,我们得到如下主要结果: 1 对于Al-6at.%Ti混合粉末,结果表明:球磨作用使Al、Ti粉末的颗粒尺寸得 到有效细化(SEM分析),球磨时间越长,Al/Ti粉末储备能量越大,生成Al-Ti 金属间化合物所需的反应激活能越低(DTA分析);经 90h球磨的粉末在 660 ℃下经 6h热处理后生成Al3Ti,还有少量的Al2Ti,Al5Ti2生成。 2 对于Al-1225at.%Ti混合粉末,发现当球磨 50h时,发生强烈的燃烧反应, 因为Al是较活泼元素,颗粒细化大大提高了比表面积,和氧气接触生成了大 量的Al2O3,但没有发现Al-Ti金属间化合物;发生这一反应的范围大约在 10~30at.%Ti。 3 Al-50at.%Ti粉末试样的研究结果表明:经过 140h的球磨作用,中间形成了 hcp相的亚稳态Ti(Al)超饱和固溶体,最终反应产物是非晶相;对粉末压坯进 行固态反应烧结,生成的平衡产物是AlTi和Ti3Al。 4 Al-80at.%Ti 粉末试样的 X 射线衍射谱分析显示,球磨 250h 形成了 Ti(Al)超 饱和固溶体。 5 利用 Miedema 模型计算了 Al-Ti 二元合金系统的自由能相图,揭示了合金相 的形成和相演变顺序,实验和理论符合得很好。


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