Nb在Ti-Al合金中的三元互扩散行为与机理探索研究

1144766066 · 发表于 2022-4-15 08:59:57

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Ti-Al系金属间化合物（TiAl、Ti3Al）由于其高熔点、低密度及优良的高温强度，成为未来高性能燃气涡轮发动机材料最有力的竞争者。然而Ti-Al系金属间化合物的高温抗氧化性能较差，很大程度上制约了其发展。Nb元素的添加能有效的提高Ti-Al系合金的高温抗氧化性能，这一理论已经被大量实验所证明，但是其作用的机理还没有一个普遍适用的观点。众做周知，在高温环境中扩散现象是影响其高温抗氧化性能的主要因素之一，因此，针对Ti-Al-Nb三元合金体系的元素互扩散行为和机理的探究亟待进行。本论文研究Ti-Al-Nb体系在1323~1573K下的扩散行为，分别采用α2-Ti3Al/Ti3Al(Nb) 单相扩散偶和Ti3Al/Nb反应扩散偶分别研究在α2相以及β-(Ti,Nb)相中的扩散行为以及采用TiAl/Nb反应扩散偶制备Nb2Al相，考察其生长动力以及扩散行为。扩散偶测量采用电子探针测定元素的浓度分布，并绘制曲线，然后根据Boltzmann-Matano、Dayananda等理论研究上述不同的扩散偶合金体系的扩散行为和机理。研究结果显示，在α2-Ti3Al（Nb）合金体系中，Ti元素的在Ti3Al(Nb)三元体系中的主扩散系数值，即，显著大于Nb的主扩散系数；随着元素扩散逐渐远离中央扩散区域，值逐渐减小，而的变化则刚好相反，呈现逐渐减小的趋势；在主要的扩散区域中，主扩散系数和几乎不随Nb原子浓度的变化而变化，logD-C（Nb）曲线近似于平直。Nb在α2-Ti3Al中占据Ti的位置进行扩散，且计算Nb在Ti3Al相中的扩散激活能达到299.39 kJ/mol。在β-(Ti,Nb)相中，主扩散系数和都随着温度的升高而升高，并且Ti主扩散系数比Nb的主扩散系数大得多，也应证了Nb元素是慢扩散元素。在Nb2Al（Ti）相的形成和生长受到扩散控制，在1373、1423、1473K下的抛物线生长常数（m2s-1）分别为，，，，计算得到的新相的生长激活能为82.71 kJ/mol；Nb在这一体系中的主扩散系数，明显大于Ti的扩散系数值；Nb的扩散系数几乎是不随浓度的变化而变化的，曲线近似于平直，而Ti的扩散系数呈现微小的浓度相关性。

Nb在Ti-Al合金中的三元互扩散行为与机理探索研究

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