Ti-6Al-4V/Al-12Si界面金属间化合物生长规律及转变机制研究

摘要

钛合金和铝合金的焊接过程中，在 Ti合金/Al合金界面处极易生成各种脆性的金属间化合物，制约着接头的结合性能。本文以Ti-6Al-4V钛合金为母材，选用Al-12Si作为钎料，主要研究了在Ti合金热浸Al-12Si钎料的过程中Ti合金/Al-12Si固液界面之间发生的反应，以及温度、保温时间、冷却条件及施加超声波振动对Ti合金/Al-12Si界面结构的影响规律，阐明了金属间化合物的生长规律及转变机理。
　　通过SEM观察、结合EDS和TEM分析，确定了Ti合金/Al-12Si界面层的物相组成。700℃Ti合金热浸Al-12Si时，界面处只生成了一种金属间化合物，颗粒状的Ti7Al5Si12，堆积在铝合金基体中。延长保温时间、降低冷却速度以及添加较长时间超声波时，都可以使界面层的厚度增加。界面层的硬度为~12.7GPa，弹性模量为~226.8GPa。
　　800℃Ti合金热浸Al-12Si时，界面层由三种金属间化合物组成，靠近钛合金基体的连续薄层 TiSi，在 TiSi层和铝合金钎料之间分布的块状的TiAl3，在TiAl3中穿插分布的条状的Ti7Al5Si12，在TiAl3中，Si元素以固溶的形式存在，固溶度一般为14at.％-15at.%。缓慢冷却过程时，界面处条状的Ti7Al5Si12的数量增多。界面层的硬度为~9.2GPa，弹性模量为~193.7GPa。较长时间添加超声波时，界面层的厚度均明显增加，超声作用加速了Ti合金/Al-12Si的界面反应。
　　通过金属间化合物的演变试验，可以确定Ti合金/Al-12Si界面处金属间化合物的生长及转变机制。Si元素的分布对界面反应具有重要影响，在700℃保温过程中，Si元素向界面处扩散，在Ti合金/Al-12Si界面处 Ti原子、Al原子和Si原子发生反应生成金属间化合物 Ti7Al5Si12，在温度升高的过程中，Ti7Al5Si12会发生分解反应，产物之一为TiAl3，Si元素以固溶的形式分布在TiAl3中，当温度足够高时，界面处的Ti原子、Al原子也会直接反应生成金属间化合物 TiAl3，长时间保温过程中，以 TiAl3为主的界面层逐渐增厚，从800℃开始冷却的过程中，铝合金中的Si元素会向界面处扩散，与TiAl3相互作用转变生成Ti7Al5Si12。

目录

Ti-6Al-4V/Al-12Si界面金属间化合物生长 规律及转变机制研究

GROWTH AND TRANSFORMATION MECHANISM OF INTERMETALLIC COMPOUNDS AT THE INTERFACE OF Ti-6Al-4V/Al-12Si

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 Ti/Al金属间化合物生长规律研究现状

1.3 元素Si对Ti/Al界面反应的影响

1.4 本课题的提出及本文的主要研究内容

第2章 试验材料、设备及研究方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备及方法

2.3 微观组织及力学性能分析

第3章 Ti-6Al-4V/Al-12Si固液界面结构及界面层力学性能

3.1 引言

3.2 700℃时Ti-6Al-4V/Al-12Si界面结构

3.3 800℃时Ti-6Al-4V/Al-12Si界面结构

3.4 本章小结

第4章 Ti-6Al-4V/Al-12Si固液界面反应机理

4.1 引言

4.2 Ti-6Al-4V/Al-12Si界面反应热力学分析

4.3 Si元素分布对Ti-6Al-4V/Al-12Si界面反应的影响

4.4 Ti-6Al-4V/Al-12Si界面产物的演变过程

4.5 Ti-6Al-4V/Al-12Si界面反应机理

4.6 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢