DD402／FGH95扩散偶中单晶合金γ‘相筏形化与其形成元素的扩散

通过研究不同温度时热等静压（HIP）多元扩散偶DD402／FGH95中的Al,Ta和Ti元素的扩散规律，发现DD402单晶中存在Al和Ta元素的上坡扩散，因此单晶中在近结合界面处形成了Al，Ta和Ti元素的富集区以及γ‘相的筏形化，对Al和Ta元素的扩散流量及扩散深度进行计算。计算结果与试验结果相吻合。     

热等静压扩散连接反应层元素互扩散的动力学模拟计算

通过DICTRA-THERMO-CALC动力学和热力学联合计算软件对DD402单晶和Rene95粉末高温合金进行热等静压扩散连接反应层元素互扩散规律的模拟计算，计算结果表明，此种模拟计算方法可以较好地反应扩散偶中元素的互扩散规律，与实验结果基本吻合，在此基础上，分析了计算了温度和时间对扩散连接过程中Al元素互扩散规律的影响，最终得出此种模拟计算方法可以为热等静压扩散连接工艺的制定和优化提供较好的理论依据。     

DD402/FGH95扩散偶中单晶合金γ''''相筏形化与其形成元素的扩散

通过研究不同温度时热等静压（ＨＩＰ）多元扩散偶ＤＤ４０２／ＦＧＨ９５中的Ａ１，Ｔａ和Ｔｉ元素 的扩散规律，发现ＤＤ４０２单晶中存在Ａ１和Ｔａ元素的上坡扩散．因此单晶中在近结合界面处形 成了Ａ１，Ｔａ和Ｔｉ元素的富集区以及γ’相的筏形化．对Ａ１和Ｔａ元素的扩散流量及扩散深度进行 计算．计算结果与试验结果相吻合．     

有外来扩散源条件下DD402单晶合金中的γ’相筏形化

研究了热等静压(HIP)连接DD402单晶合金与FGH95粉末合金的扩散偶中,DD402单晶合金的γ’相筏形化过程.提出了一种新的γ’相筏形化的机理,分析了γ’相筏形化的驱动力问题,建立了γ’相筏形化过程的物理模型.讨论了筏形γ’片层厚度与原始γ’相的尺寸、体积分数以及γ’相形成元素的扩散流量之间的关系.结果表明,单晶合金的γ’筏形化是由于其形成元素的扩散使γ’定向长大.筏形化的过程包括两个阶段:一是γ’粒子的定向连接阶段;二是筏形γ’片层的平坦化.筏形化γ’的初始片层厚度及筏形化方向主要由γ’原始尺寸及晶体取向决定.     

球墨铸铁热浸镀铝的扩散行为

为了提高铸铁模具的抗高温氧化性能,通过制备热浸镀铝试样、对试样进行扩散退火,采用扫描电镜（SEM）观察Al元素的扩散行为,观察700℃下,不同扩散时间和3h下不同扩散温度的试样截面形貌.研究和探讨在不同温度下和不同保温时间条件下Al的扩散情况.结果表明：对热浸镀铝试样进行扩散,温度越高,Al的扩散速度越快;在相同扩散温度时,增加保温时间有利于Al元素在合金层中扩散,随扩散时间的增加,Al层逐渐变薄直至消失,Fe-Al合金层明显增厚.     

涂层扩散热处理工艺对DD6单晶高温合金组织和力学性能的影响

研究了870℃/6 h涂层扩散热处理工艺对第二代镍基DD6单晶高温合金(简称DD6合金)组织和性能的影响。研究结果表明,采用870℃/6 h涂层扩散热处理工艺处理后,DD6合金的显微组织、760℃拉伸性能、980℃/250 MPa持久性能、700℃高周疲劳性能无明显变化。DD6合金760℃拉伸断裂类型为准解理断裂,980℃/250 MPa持久断裂类型为韧窝断裂,700℃高周疲劳断裂类型为准解理断裂。涂层扩散处理没有改变DD6合金的断裂机制。     

α-AlFeMnSi相中元素扩散对Al–Zn–Mg合金微电偶腐蚀敏感性的影响

Al–Zn–Mg合金强度高且具备良好的成型和焊接性能，已广泛应用于先进装备制造中，然而服役过程中易发生局部腐蚀失效，对构件的可靠性和安全性造成威胁。本文通过第一性原理计算和扫描开尔文探针显微镜(SKPFM)研究了α-AlFeMnSi相元素扩散对Al–Zn–Mg合金局部腐蚀行为的影响。材料建模和计算的结果表明，α-AlFeMnSi相中Fe、Mn、Si元素含量降低导致α-AlFeMnSi相/Al基体之间的平均功函数差由0.232 eV减小至0.065 eV。SKPFM实验观测到α-AlFeMnSi相中Fe和Si元素含量降低时，α-AlFeMnSi相/Al基体之间的平均Volta电位差由648.370 mV降低至432.383 mV。因此，α-AlFeMnSi相中元素的扩散降低Al–Zn–Mg合金的微电偶腐蚀敏感性。基于铝中原子扩散计算，热处理工艺（>550°C）有利于α-AlFeMnSi相中Mn元素扩散进入基体，降低α-AlFeMnSi相/Al基体微电偶腐蚀效应，提升Al–Zn–Mg合金耐局部腐蚀性能。     

NiCoCrAlYTa粘结层与镍基高温合金基体的界面高温互扩散行为

采用真空等离子体喷涂技术(vacuum plasma spraying, VPS)在镍基高温合金GH3128基体表面沉积NiCoCrAlYTa粘结层,并在1 100 ℃进行不同时间的热处理。采用扫描电子显微镜（scanning electron microscopy,SEM）、能谱仪（energy dispersive spectrometer,EDS）等分析NiCoCrAlYTa粘结层与GH3128高温合金界面元素的互扩散行为。结果表明,在热处理过程中,互扩散区(interdiffusion zone,IDZ)和二次反应区(secondary reaction zone,SRZ)的厚度随着热处理时间延长而增大,且在SRZ中明显观察到拓扑密堆(topological close-packed,TCP)相晶粒的生长。Al、Ta、Co元素由NiCoCrAlYTa粘结层向GH3128高温合金扩散,Ni、W、Mo元素由GH3128高温合金向NiCoCrAlYTa粘结层扩散。依据EDS检测的粘结层/基体界面处元素成分,计算出上述元素在界面处的扩散系数,掌握了各元素在高温热处理过程中的扩散速率,揭示了VPS制备的NiCoCrAlYTa粘结层与GH3128高温合金界面处元素在高温下的互扩散规律。     

钛铝金属粉末间的偏扩散成孔作用

本文论述了混合的Ti粉和Al粉压坯在不同温度和不同阶段烧结处理,Ti粉和Al粉接触状态下的扩散成孔过程及成孔规律;指出了Al原子通过TiAl_3相层扩散进入Ti点阵,Ti粒内层生长、结果使Al粒消失,留下空穴,钛粒膨胀,烧结坯内孔隙增加且大于体积增加。本文还列出所研制的一种孔隙度达21%～61%,抗压强度达16～400N/mm~2的铝钛多孔材料。     

Waspaloy合金碳化物和γ′相析出规律的热力学计算

利用热力学计算软件Thermo-Calc对Waspaloy合金中可能析出的平衡相以及元素含量变化对其影响进行了计算分析. 结果表明:碳含量的增加可以明显地提高碳化物的析出量,但对碳化物的析出温度的影响较小;γ′的析出量和析出温度均随Al、Ti含量的增加而增加,Al的影响尤为明显;Ti是MC的主要形成元素,Ti含量的增加可以提高MC的析出量,但对其析出温度无太大影响;M23C6的析出量不受Cr含量的影响,而析出温度却随着Cr含量的增加而提高.     

Al膜和衬底Ti间的反应和互扩散

本文研究了厚度为1.25μm Al 膜与 Ti 衬底间在580～800℃反应时,金属间化合物TiAl 及 Ti_3Al 的生长规律,并用 Boltzmonn—Matano—Heuman 和 Wagner 方程计算了Al 在化合物中的互扩散系数及扩散激活能,找出了扩散系数随温度和时间的变化规律.Al 在TiAl 及 Ti_3Al 中的扩散激活能 Q_r 及 Q_a,分别为0.73+0.1eV 和 0.59+0.1eV.     

Al元素对Ti-Si共晶合金恒温氧化行为的影响

采用真空非自耗电弧炉制备了不同Al质量分数的Ti—Si共晶合金,研究了合金在800℃下的恒温氧化行为.结果表明:添加合金元素Al使得合金的800℃氧化动力学曲线偏离了Ti—Si共晶合金的立方规律,接近于抛物线规律;适量的元素Al可显著提高Ti—Si共晶合金的抗氧化性能.     

Al与FeNiCoCrMn系高熵合金扩散焊界面研究

采用放电等离子烧结（SPS）对Al与FeNiCoCrMn高熵合金（HEA）及其六种子集（Ni、NiCo、FeNi、FeNiCo、NiCoCr、FeNiCoCr）进行固相扩散焊，探究了其扩散焊界面层微观组织、元素分布、相组成与显微硬度.结果表明，FeNiCoCrMn HEA对Al具有更好的扩散阻挡作用，其扩散焊界面层厚度最薄，仅为14.5 μm.Ni、NiCo、FeNi的扩散焊界面生成金属间化合物（IMCs）以Al3Ni-类型IMC为主，而FeNiCo、NiCoCr、FeNiCoCr、FeNiCoCrMn的扩散焊界面以Al13Fe4-类型IMC为主，且当Al13Fe4-类型IMC在界面IMC扩散层的占比越大，界面的软化效果越显著.FeNiCo合金与Al扩散焊界面软化效果最明显，界面硬度最低，仅为424 HV.     

NiCrAlY涂层/TC4基体界面反应机理

采用电弧离子镀技术在TC4(Ti6Al4V)合金基体表面沉积制备NiCrAlY涂层.通过扫描电镜与能谱分析、X射线衍射分析及显微硬度测试,研究真空热处理对NiCrAlY涂层组织性能的影响;分析界面反应产物的形成过程;讨论Cr元素在界面反应中的作用机制.研究结果表明:真空热处理后NiCrAlY涂层中有γ'-Ni3Al相析出,提高了涂层的表面硬度;在870℃以下热处理,NiCrAlY涂层/TC4基体界面反应产物的出现顺序依次为:相变影响区→Ni3(Al,Ti)和Ti2Ni化合物层→TiNi化合层;Cr元素在870℃以上开始扩散并参与界面反应,形成TiCr2化合物.     

钛合金中合金元素与位错交互作用与高温强化

通过计算机编程建立钛的→b=-1/3〈1 1 -2 0〉刃位错模型,用实空间的连分数方法计算合金元素以及稀土元素在完整晶体及位错区引起的总结构能、环境敏感镶嵌能以及各合金元素与钛的键级积分,讨论合金元素在位错区的偏聚及交互作用.计算结果表明,Al和Sn在位错扩张区偏聚,Mo,W等合金元素以及稀土元素易于在位错芯区偏聚,这些偏聚为第二相粒子析出提供了条件,从而阻碍位错运动,提高了Ti合金蠕变性能.Al与Ti的作用最强,固溶强化效果最好.稀土主要是通过细化晶粒,提高钛合金蠕变性能的.     

含Hf和Ta新型镍基高温合金粉末中碳化物相

对含Hf和Ta新型镍基高温合金FGH98Ⅰ等离子旋转电极(PREP)雾化原始和不同温度下预热处理粉末中的碳化物相进行了研究.结果表明:原始粉末中MC′型碳化物可分为两类,一类为富Ti、Ta和Nb,另一类为含Ta、Hf和Zr.两类碳化物均含有一定量非碳化物形成元素Co和Ni及中等强碳化物形成元素Cr和Mo,并以块状、粒状分布于枝晶或胞晶间;随着预热处理温度升高,粉末中富Ti、Ta和Nb的MC′型碳化物转变为MC型碳化物,且其所含Ti、Ta和Nb的总量增大;含Ta、Hf和Zr的MC′型碳化物发生分解和转变,析出稳定的M23C6、M6C和MC型碳化物,M23C6碳化物的析出和溶解温度为950℃和1150℃,M23C6和M6C碳化物共存温度为1000～1100℃.另外,粉末中微量元素Hf和Ta主要以碳化物和γ′相参与碳化物反应.     

合金元素对新型镍基粉末高温合金的热力学平衡相析出行为的影响

通过热力学平衡相计算方法,系统研究了某新型镍基粉末高温合金时效温度下合金元素对热力学平衡相析出行为的影响.计算结果表明:René104合金析出的主要平衡相为γ′、MC、M23C6、M3B2和TCP相.Cr和Co含量主要影响TCP相的析出行为及γ′相的析出温度,Cr含量对M23C6和M3B2的析出行为有一定的影响,Cr的建议质量分数为13%;Mo和W含量影响TCP相和M3B2的析出行为.质量比Al/Ti和Nb/Ta影响γ′相的析出行为,建议控制Al/Ti和Nb/Ta比平衡,以使γ′相起到理想的强化效果.C和B含量显著影响碳化物和硼化物的析出量,还可间接抑制TCP相析出;Zr含量对MC和M23C6碳化物的析出有影响;增Co降Cr和调节合金元素含量以获得小的点阵错配度是第3代涡轮盘用粉末冶金高温合金成分优化设计的趋势.     

GH105合金铸锭元素偏析和均匀化工艺

利用微观组织分析手段研究了GH105合金铸锭和均匀化后合金的显微组织和元素偏析情况,并从理论上对均匀化工艺进行了评价.结果表明:合金中偏析程度严重的元素为Ti和Mo;采用两段式扩散退火的均匀化工艺,可有效降低元素偏析程度;均匀化扩散动力学方程的计算结果与实验结果基本符合,在预测和评价GH105合金均匀化工艺上是可行的,但残余偏析指数模型表征均匀化过程存在一定误差.     

扩散阻挡层对NiCrAlYSi涂层不同条件下热腐蚀行为的影响

利用电弧离子镀技术在DSM11合金基体上制备含或不含扩散阻挡层(diffusion barrier,DB)的Ni Cr Al YSi涂层,对比研究2种涂层在900℃恒温热腐蚀行为和从900℃到室温的循环热腐蚀行为(表面混合盐质量分数为75%Na2SO4+25%K2SO4)。研究结果表明:在恒温热腐蚀条件下,含或不含扩散阻挡层的Ni Cr Al YSi涂层表面主要生成了α-Al2O3和γ/γ′相;腐蚀100 h后,Ni Cr Al YSi涂层出现了较多的Kirkendall孔洞,基体与涂层元素的互扩散明显。Ni Cr Al YSi/DB涂层的扩散阻挡层可有效地抑止基体与涂层的元素互扩散,防护效果比单一Ni Cr Al YSi涂层的效果好。在循环热腐蚀条件下,含或不含扩散阻挡层的Ni Cr Al YSi涂层表面主要生成α-Al2O3、尖晶石、Ti O2和γ/γ′相;腐蚀100 h后,Ni Cr Al YSi涂层内氧化和内硫化现象严重,Ni Cr Al YSi/DB涂层的扩散阻挡层界面易开裂,影响扩散阻挡层的效力,导致涂层体系比单一Ni Cr Al YSi涂层更快失效。     

Ti6Al4V和Al2A12的扩散连接界面组织及力学性能

采用热等静压(HIP)工艺连接Al2A12和Ti6Al4V两种不同的航空航天用材料.利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪观察连接过渡区的微观组织和组成的演化,并测试其主要的力学性能.结果表明:采用热等静压制备这两种材料的界面连接好;Ti/Al反应层界面处形成了不同的金属间化合物,例如,Al3Ti、TiAl2和TiAl;连接接头处硬度为163HV,界面连接处剪切强度达到了23MPa,比只添加镀层而无中间层的连接强度提高了约17.9%,但低于带有中间层的连接强度.由于过烧和孔隙的形成使得断裂方式是脆性断裂.由此可知,在热等静压成形过程中异种材料的元素发生了相互扩散,在扩散连接处形成了不同的金属间化合物,这些金属间化合物影响连接处的力学性能.