Nb元素和涂層成分對定向凝固鈦鋁合金界面反應(yīng)影響研究.pdf

1、TiAl合金密度低、比強度高，且有著良好的高溫抗氧化和抗蠕變能力，因而在航空航天、工程制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中定向凝固制備的TiAl合金鑄件由于其顯微組織得到細化且定向排列，在一些特殊領(lǐng)域更是用途廣泛。然而，由于鑄造過程中TiAl合金熔體具有很高的活性，幾乎會與所有已知的鑄型材料發(fā)生不同程度的界面反應(yīng)，導(dǎo)致在鑄件表面形成污染層，進而劣化了TiAl合金鑄件的內(nèi)部及表面質(zhì)量。這使得TiAl合金的生產(chǎn)成本變高，后續(xù)處理工藝也會更加復(fù)雜

2、，是一個亟待解決的問題。
　　本文采用不同涂層，通過改變Nb和Al元素的含量，對合金與涂層界面處的微觀組織、元素分布、物相及硬度分布等進行檢測，進而得到不同界面反應(yīng)的程度由大到小對應(yīng)的涂層依次為：ZrO2>Al2O3>Y2O3。這說明界面反應(yīng)程度不僅與涂層材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性有關(guān)，還在很大程度上受到其在高溫熔體中的溶解性影響。此外，合金中 Nb元素含量的增加增強了熔體的活性，增加了界面反應(yīng)的程度，進而增大了界面反應(yīng)層厚度。而Al元素

3、的變化規(guī)律卻與Nb元素的相反。在界面反應(yīng)過程中，存在界面處物相的溶解和元素的擴散，進而在凝固后在界面處形成了一系列新相，并在偏合金一側(cè)形成了固溶體，導(dǎo)致鑄件表面硬度梯度的形成。
　　本文還通過標準生成自由能公式比較了1873K下不同氧化物的標準生成自由能，發(fā)現(xiàn)三種涂層的標準生成自由能從大到小依次為：ZrO2>Al2O3>Y2O3。表明Y2O3的穩(wěn)定性最好，最不容易分解；Al2O3次之，而ZrO2最容易分解，與實驗結(jié)果相符。此外利用

4、Meidema生成熱模型對Ti-Al-Nb三元體系的活度做了計算后發(fā)現(xiàn)，Al含量范圍為46％-50%時，Al含量越大，相應(yīng)體系活度值反而降低，基本呈線性關(guān)系，說明在此范圍內(nèi)Al元素的加入能夠降低合金熔體的活性；Nb含量范圍為2%-9%時，Nb含量越大，相應(yīng)體系活度值越大，近似成二次指數(shù)關(guān)系，說明在此區(qū)間Nb元素的加入能夠顯著提高合金熔體的活性。
　　在實驗和計算的基礎(chǔ)上，采用Materials Studio軟件對TiAl合金與不同