反應燒結高Nb-Al3Ti合金的組織演變機理

黃 晟，王俊勃，劉江南，張嬌嬌，吳天棟，李環宇，楊振雷

(1.西安工程大學，陜西 西安 710048) (2.西工大超晶科技發展有限責任公司，陜西 西安 710086)

隨著航空工業的快速發展，輕質、高強、耐高溫成為高性能航空發動機用高溫結構材料的主要發展方向[1-3]。Ti-Al系金屬間化合物具有低密度、高強度、抗氧化、抗高溫蠕變和抗燃氣腐蝕等優異性能[4-7]，被認為是航空發動機用最具潛力的輕質耐高溫結構材料之一。在Ti3Al、TiAl、Al3Ti 3種主要Ti-Al系金屬間化合物當中，Al3Ti的密度最低，且具有高彈性模量以及高溫抗氧化、抗高溫蠕變等優良性能，然而由于其晶體結構缺少滑移系導致室溫塑性低、加工性能差[8,9]，嚴重制約了其應用。

目前國內外對于Al3Ti金屬間化合物研究多集中于其室溫塑韌化提高，如添加V、Sc、Si、Cu等合金元素改變Al3Ti的晶體結構，使之由缺少滑移系的脆性D022結構轉變為可滑移的塑性L12結構以增強室溫塑性[10-13]；或是利用韌性金屬Ti制備Ti/Al3Ti層狀復合材料等方法提高其塑性變形能力[14-18]。而粉末冶金法可以直接成形所需Al3Ti合金構件，避免其室溫脆性帶來的加工困難等問題，可以更專注于其高溫性能的提升。國內外學者對于Ti-Al系金屬間化合物相轉變、組織演化等方面已展開大量研究[6,7,19-21]，發現Nb、Ta、V、Mo等合金元素的加入可以改變Ti-Al系金屬間化合物的晶體結構，提高其相轉變溫度與高溫穩定性，增強材料的高溫強度、抗高溫蠕變、抗氧化等性能，從而獲得性能優異的輕質高溫合金。為了探究燒結過程中Al3Ti合金的組織演變，本研究利用放電等離子熱壓燒結技術(SPS)制備高Nb含量的Al3Ti合金，分析不同的燒結溫度對合金組織轉變的影響，為進一步研究Nb元素對其高溫性能的影響提供理論基礎。……