机械合金化Al/Ti混合粉末的组织和热稳定性研究

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.该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.该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Al<,3>Ti,还有少量的Al<,2>Ti,Al<,5>Ti<,2>生成.2 对于Al-12&25at.％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Al<,2>O<,3>,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Ti<,3>Al.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.

目录

文摘

英文文摘

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第一章前言

1.1引言

1.2本文的主要工作

第二章机械合金化工艺、原理及其应用

2.1引言

2.2机械合金化过程及特点

2.3机械合金化发展史重大发现

2.4机械合金化技术制备的材料及其形成机制

2.5机械合金化技术缺点及注意事项

2.6机械合金化理论研究-磨球碰撞行为

2.7对机械合金化（MA）技术的展望

第三章Al-Ti合金系统及其研究现状

3.1 Ti-Al基金属间化合物结构特征及主要性能

3.2机械合金化技术制备Ti-Al基合金及其结构演化

3.3其他技术制备Ti-Al基合金

第四章样品制备和测量方法

4.1模压成型和反应烧结

4.2样品制备

4.3测量方法

第五章实验结果及讨论

5.1 Al-6at.％Ti粉末试样的分析

5.3 Al-50at.％Ti粉末试样的研究

5.4 Al-80at.％Ti粉末试样的研究

5.5 Al-Ti合金生成相的热力学理论解释

参考文献

附录

附录I：谢乐公式的布拉格推导法

附录Ⅱ：计算程序

附录Ⅲ：攻读硕士学位期间发表的论文

致谢