Y-La添加对镍基单晶高温合金界面反应及循环氧化行为的影响

在第二代镍基单晶高温合金中复合添加Y-La,经定向凝固后得到5.26×10–4%(质量分数)Y+6.05×10–4%La和47.64×10–4%Y+69.09×10–4%La的两种Y-La含量合金铸件,研究Y-La对合金定向凝固过程中合金熔体与Al2O3基陶瓷间的界面反应行为以及合金在1100℃下循环氧化时抗氧化性能的影响。采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪等研究合金熔体与陶瓷材料间的界面组织形貌及界面反应产物成分以及循环氧化后合金表面氧化物的组织形貌、元素组成和相关物相。结果表明:Y-La含量增加会促进合金熔体与陶瓷间的界面反应,使得界面反应层更厚,更复杂;反应产物主要是含Y、La的氧化物;Y-La添加明显提高了合金的抗氧化性能,减少合金表面氧化膜的剥落;但Y-La过量会恶化合金的抗氧化性能,加快合金的氧化增重速率;合金表面氧化膜剥落痕迹明显,孔洞较多且内氧化严重。     

TiAl合金与ZrB2-SiC陶瓷非晶钎焊接头组织与力学性能

采用Cu_(41.83)Ti_(30.21)Zr_(19.76)Ni_(8.19)(at.%)非晶钎料对Ti48Al2Cr2Nb合金与Zr B_2-Si C陶瓷进行真空钎焊连接,通过扫描电镜、能谱分析、X射线衍射以及万能试验机对接头的微观组织和力学性能进行研究。结果表明:Ti Al合金与Zr B_2-Si C陶瓷钎焊接头的界面结构为Ti Al/Ti_2Al/Al Cu Ti/(Ti,Zr)_2(Cu,Ni)+Ti B+Ti Cu/Ti_5Si_3/ZS。当钎焊温度为910℃,随着保温时间的延长,靠近Zr B_2-Si C一侧反应层宽度逐渐增大,接头中弥散分部的Ti B和Ti Cu聚集长大。接头剪切强度随着保温时间的延长先上升后降低,当钎焊温度为910℃,保温20 min时,接头剪切强度最大,为187 MPa,通过对各工艺的接头断口分析,发现接头均断裂在陶瓷侧,断裂方式为脆性断裂。     

镍基合金空心叶片浇铸用硅基陶瓷型芯的制备及性能

采用热压注工艺成型氧化硅基陶瓷型芯。分析焙烧后型芯的化学成分、微观结构、孔隙率、线膨胀系数以及力学性能。结果表明:型芯的孔径呈多峰分布,且主要分布在0.1～5μm之间;从室温至1400℃,型芯的线膨胀系数随温度的升高而减小,在1170～1350℃之间其线膨胀系数下降趋势骤然加剧;经1200℃焙烧制备的陶瓷型芯主晶相为β-方石英相与无定形石英玻璃共存,经1550℃高温2h处理后型芯烧结程度提高,骨架致密度增大,孔结构更加分明,表面及内部裂纹的数量、长度均增大。采用实验室自制的硅基陶瓷型芯进行镍基高温合金单晶空心叶片的浇注实验,结果表明所制备的型芯可以满足单晶叶片精密铸造的要求。     

高温合金渗Al-Si层的微观组织分析

利用SEM,XRD和EPMA详细分析K4104镍基高温合金料浆渗Al-Si的微观结构.结果表明,表层主要为富Al的β-NiAl CrxSiy化合物,过渡层主要为富Ni的β-NiAl相,内扩散层主要为β-NiAl相 富Cr相 γ'-Ni3Al相 Ni固溶体.     

Ti-Cr合金的燃烧行为及燃烧产物分析

以DCSB法点燃Ti Cr二元合金 ,研究该合金的燃烧行为及其燃烧产物。结果表明 :Ti (>10 % )Cr合金元素的燃烧速度较低 ,Cr含量大于 15 %的合金阻燃效果更明显 .Ti Cr合金燃烧产物表面及Ti (<10 % )Cr合金的燃烧产物与基体的界面均开裂多孔 ,不可能阻止氧向基体内扩散 ;而Ti (>10 % )Cr合金的燃烧产物与基体的界面氧化物比较致密 ,降低了燃烧速度。Ti Cr合金的燃烧产物是TiO2 、TiO和TiCrO3     

我国低Cr高W系列铸造镍基高温合金的发展与应用

介绍了20世纪60年代以来我国五家研究机构共同研制低Cr高W铸造镍基高温合金的研究背景和发展历程.通过对300余炉合金成分和铸造工艺的调整,深化了对C,B,Zr,Co和Nb等元素在合金中作用的认识,对合金中α-W、初生M6C、初生μ相和Ni5Zr等反常相的形成条件、有害作用以及避免措施作了深入研究,最终开发出了K19,K19H,K20,K21和601低Cr高W系列合金,在1000～1100℃温度范围内合金的高温承温能力比同年代合金高10～30℃.但是该系列合金最终没有在航空发动机上得到应用,由此引发的思考也在文中加以论述.     

Pd-Ni基高温钎料对Si3N4陶瓷的润湿与界面连接

采用座滴法研究了三种钎料Pd-Ni、PdNi-(5～14)Cr(wt%, 下同)和PdNi-(15～26)Cr在Si3N4陶瓷上的润湿情况.结果表明,在1250℃/30min的真空加热条件下,随着Cr元素的加入钎料润湿性逐渐改善.Pd-Ni钎料中未加入Cr的情况下,反应层中主要是Pd参与反应,生成相应的Pd-Si等相,Ni也参与反应生成Ni-Si等相;当钎料中加入活性元素Cr以后,反应层中主要为Cr参与反应,同时生成相应的Cr-N和Cr-Si等相,另外反应层中也有一部分Ni参与反应.在PdNi-(5～14)Cr/ Si3N4的界面反应层中出现了薄的黑色Cr-N层,对于Cr含量更高的PdNi-(15～26)Cr钎料,在靠近Si3N4的界面即形成Cr-N反应层.     

SiC陶瓷与GH128镍基高温合金反应连接研究

采用 Fe-Ni(重量比为 65∶ 3 5)金属粉末焊料,利用 Gleeble1 50 0热模拟机对镍基高温合金 ( GH1 2 8)和 Si C陶瓷进行反应连接,研究了连接温度、连接压力和高温保温时间对试样连接强度的影响,确定了最佳工艺参数,并制备了剪切强度超过 3 4.3 MPa的陶瓷 /金属连接件。界面结构分析表明陶瓷 /焊料界面反应层的形成主要受 Fe,Ni原子向陶瓷中的扩散引起     

DZ22B高温合金定向叶片粘砂形成机制与抑制措施

采用SEM、EDS等分析手段研究DZ22B合金定向叶片粘砂层的微观形貌与化学组成。结果表明:合金熔体渗入型壳面层孔隙中,包覆部分陶瓷颗粒形成金属-陶瓷状粘砂缺陷;粘砂层主要成分为Al2O3,并含有Cr2O3和HfO2这两种合金熔体与电熔刚玉陶瓷型壳的高温界面反应产物;DZ22B合金定向叶片表面粘砂缺陷的形成机制是以热机械渗透粘砂机制为主;向型壳面层浆料中加入一定量的粘砂抑制剂,可显著改善电熔刚玉型壳面层抗合金熔体渗透性能,经浇注验证,叶片表面光洁无粘砂,呈现出明显的金属光泽。     

Ti合金与SiC_p/Al复合材料在无压浸渗同步复合过程中的相容性

采用熔铝无压浸渗复合工艺在高体份SiCp／Al复合材料制备过程中同步复合Ti合金零部件（圆柱体）,研究了这种跨宏-微观尺度、超混杂铝基复合材料的微观组织及性能,特别是SiCp／Al复合材料与Ti合金零部件之间的相容性。结果表明,复合材料性能优异、组织致密,SiC颗粒分布均匀、无偏聚现象。SiCp／Al复合材料与Ti合金之间的界面结合非常紧密,Ti元素向铝合金基体一侧有一定距离的扩散,并且出现了可增强界面结合的连续、无缺陷的界面反应物薄层,SEM和XRD分析表明界面反应产物为Al2Ti,界面剪切强度超过200MPa,完全可以满足在复合材料中的Ti合金零部件处加工装配孔的要求。     

Ti/Al/Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶层状复合材料界面相组成

利用DSC对真空甩带法制得的Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶薄带进行热分析,据此选择在693 K(T_g),753 K(T_g~T_(x1)),813 K(T_(x1))下对非晶合金进行不同时间真空热处理,分析非晶晶化行为,并以Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶合金、TA2和纯Al为原材料,利用Gleeble-3500热模拟试验机在873 K/10 MPa/8 h下制备层状复合材料,采用SEM、TEM、显微硬度计并结合热力学和元素扩散理论对界面层相组成、析出次序和性能进行研究。结果表明:Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶玻璃转变温度T_g=720 K,初始晶化温度T_(x1)=788 K;非晶晶化首先生成亚稳相I相,随后进一步析出三元或四元Laves相和Ti Ni相;热压后,纯Al和非晶晶化层间界面由薄层Al_3Ni和晶粒细小结构均匀的Al3(Ti0.6Zr0.4)层组成,界面平直无缺陷,总厚度与纯Ti、纯Al间界面层厚度比约为6.5∶1;Al_3(Ti_(0.6)Zr_(0.4))和Al_3Ti硬度相近,分别为(564.20±10.46)HV和(579.83±15.26)HV,但Al_3(Ti_(0.6)Zr_(0.4))层塑性更好。     

Sc和Zr复合微合金化在Al—Mg合金中的存在形式与作用

研究了微量Sc和Zr复合合金化对Al Mg合金显微组织与拉伸性能的影响。结果表明 :Sc和Zr复合微合金化可显著提高Al Mg合金的强度。Al Mg Sc Zr合金凝固过程中形成的初生Al3 (Sc ,Zr)复合粒子具有极强的晶粒细化作用 ,次生Al3 (Sc,Zr)质点与Al Mg Sc合金中次生Al3 Sc质点相比析出密度大大增加、分布更加均匀弥散、抑制再结晶的能力更为强烈。Sc和Zr复合微合金化大大促进了微量Sc在Al Mg合金中的强化作用。由于Zr的价格比Sc便宜很多 ,采用Sc和Zr复合微合金化可减少铝合金中Sc的加入量 ,从而降低合金的成本。     

Ti3Al基合金微弧氧化膜的制备和性质

利用微弧氧化方法在Ti3Al基合金上制备了厚度达120 μm的陶瓷膜.研究了陶瓷膜的生长曲线,发现膜层厚度随着氧化时间的增加而增加,在不同氧化阶段生长速度不同,膜层以向外生长为主;显微结构和硬度分析都发现,陶瓷膜分为两层结构,即内层和外层,陶瓷膜内外层的主要物相是(Ti0.6Al0.2Nb0.2)O2相,外层中还有一定数量的无定形SiO2相;陶瓷膜的最大显微硬度可以达到基体硬度的3倍左右.显微划痕实验表明:膜与基体间结合力大于40N,膜与基体结合良好.电化学极化曲线测试显示陶瓷膜在3.5%盐水溶液中的耐蚀性与Ti3Al基体相比有较大的提高.     

过渡金属元素 X（X ＝W，Mo，Cr）对 RuAl合金抗氧化性影响的机理

基于密度泛函理论的第一性原理,通过计算 RuAl 合金氧化物 Al2 O3和 RuO2的氧化能,考察过渡金属元素 X （X ＝W,Mo,、Cr）加入到 RuAl 合金后的占位及对氧化物 Al2 O3和 RuO2的结构稳定性影响。研究表明：经过渡金属元素 X 合金化后,Al2 O3和 RuO2的氧化能均有所增大,增大 Al2 O3氧化能的顺序为：W ＞Mo ＞Cr;增大 RuO2氧化能的顺序为：Mo ＞Cr ＞W,且 RuO2氧化能增大幅度大于 Al2 O3。通过态密度、电荷密度等因素的分析,阐明了 W 对提高 RuAl 抗氧化性能的根本原因是降低了 Al-O 和 Ru-O 的共价键特性,增加了 Al-O 和 Ru-O 的离子键特性;金属元素 X（X ＝W,Mo,Cr）可阻碍 RuAl 金属化合物发生内氧化过程,有利于在 RuAl 表面层的横向方向上形成连续性致密的 Al2 O3氧化层。     

Ti6Al4V合金微弧氧化陶瓷膜的组织结构研究

采用微弧氧化技术在钛合金表面成功制备出膜厚约100μm的致密陶瓷膜以提高钛合金的耐磨性.SEM结果表明,陶瓷膜完整连续,与基体呈犬牙状牢固结合.XRD衍射结果表明:陶瓷膜主要由金红石型二氧化钛和Al2TiO4晶体相组成.显微硬度结果表明钛合金微弧氧化陶瓷膜的显微硬度为862HV而基体合金硬度仅为412HV,陶瓷膜的硬度远远高于基体合金的显微硬度.摩擦磨损试验表明,镀膜的钛合金磨损量远小于不镀膜钛合金的磨损量,陶瓷膜能提高基体的摩擦磨损性能.     

TiAl合金高温循环氧化行为及其表面改性研究

研究了TiAl金属间化合物及表面涂层在空气中的高温循环氧化行为。结果表明:在800℃时TiAl合金具有较好的抗高温氧化行为,但当温度高于800℃时,TiAl合金表面未能形成单一的Al2O3保护层,而是形成外3层为疏松的TiO2层,内层为TiO2+Al2O3的混合氧化物层,因而使得TiAl合金的抗高温循环氧化性能严重蜕化。TiAl合金经过Cr改性铝化处理后,表面形成了具有立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7层,立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7不仅具有较高的铝含量,而且具有优良的韧性,因而使得处理后的TiAl合金具有良好的抗高温循环氧化性能。铝化物涂层尽管有很高的铝含量,但由于铝化得到的TiAl3相具有四方形结构,涂层非常脆,故该涂层抗高温循环氧化性能有待进一步提高。     

以Ti/V/Cu、V/Cu为中间层的TiAl合金

用真空扩散连接方法对TiAl/Ti/V/Cu/40Cr钢及TiAl/V/Cu/40Cr钢进行了研究。结果表明,以Ti/V/Cu作中间层的接头拉伸强度高于以V/Cu作中间层的接头强度。界面分析显示,Ti/V、V/Cu、Cu/40Cr钢的各个结合界面处未形成金属间化合物,而TiAl/Ti的结合界面上有Ti3Al产生;在TiAl/V的界面上有Ti3Al、Al3V两种金属间化合物产生;界面上脆性金属间化合物的产生是接头发生断裂的原因。     

Al/Ni含能多层膜在Al2O3陶瓷/不锈钢焊接中的应用

采用磁控溅射设备,生长AuSn合金做焊料层、Al/Ni含能多层膜做热量提供层,实现了不锈钢和Al_2O_3间的异质材料自蔓延高温扩散焊。利用SEM、XRD和DSC等测试手段表征AuSn合金和Al/Ni含能多层膜的微观形貌、相成分和放热量;用万能试验机测试焊接接头的力学性能。结果表明,AuSn合金的质量比基本达到80∶20,而多层膜的层状结构清晰,反应热达到1 239 J/g。焊接实验结果表明,仅使用AuSn焊料时,剪切强度仅为46 MPa,在增加Al/Ni含能多层膜后,其剪切强度可达90 MPa,强度提高了约一倍。焊接接头的界面显微形貌和相结构研究表明,剪切强度的增强主要是Al/Ni多层膜提供了额外能量使得界面处的反应剧烈,陶瓷金属化层与中间层的反应加剧,形成了新的反应生成物。     

Al-Li合金中超点阵相的研究

 用常规透射电子显微术(TEM)、高分辨电子显微术(HREM)、点阵象模拟和动力学衍身模拟技术研究了Al-2.54Li-1.24Cu-1.01Mg-0.13Zr(AA8090)中的超点阵相。结果证实了Al_3Li和Al_3Zr相的晶体结构符合Silcock提出的模型,并发现,Al-Li-Cu-Mg-Zr合金中同时存在Al_3Zr、Al_3Zr相和Al_3Li/Al_3Zr共生体。在纯二元Al-Li合金中,Al_3Li相主要在淬火过程中调幅分解;在多元合金中,Al_3Li相以第二相质点为核心的析出也是一种重要的形式。