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Si对Ti/Al固液界面金属间化合物生长行为的影响

作　者: 李晶
导　师: 闫久春
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Ti/Al连接 金属间化合物 界面反应 超声波
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


Ti/A1连接界面上生成脆而硬的金属间化合物是其连接所面临的问题之一。本文以Ti-6Al-4V钛合金和Al合金为反应偶,分别选用纯Al、Al-5Si和Al-12Si作为反应材料,主要研究了Si元素对界面反应物的形貌和种类的影响。在此基础上,研究了不同金属间化合物与Zn-Al-Si合金的反应机理,分析了超声场对界面反应的影响。研究结果表明,Ti/纯Al固/液界面有无超声作用均生成单一的TiAl3,且保温时间延长,金属间化合物层变为松散结构。Ti/Al-5Si固/液界面反应生成的金属间化合物层由很薄的片层状非连续反应层和块状的反应层组成,其物相分别为Ti7Al5Si12和TiAl3。由于Ti7Al5Si12的生长要消耗大量的Si,并且TiAl3的生长速度比Ti7Al5Si12的快,所以随着保温时间延长,金属间化合物TiAl3变厚,而Ti7Al5Si12不再继续生长。当超声场加入后Ti/Al-5Si固/液界面金属间化合物层仍由Ti7Al5Si12相和TiAl3相组成。Ti/Al-12Si固/液界面反应受温度变化影响较大,当700℃时Ti/Al-12Si固/液界面反应生成Ti7Al5Si12相,且生成的金属间化合物层呈紧密排列的颗粒状。800℃时Ti/Al-12Si固/液界面金属间化合物层可分为三层,包括靠近Ti基体连续的Ti7Al5Si12相,片层状的Ti7Al5Si12及块状的TiAl3,向Al-12Si溶液中加超声1min后,超声场抑制了片层状Ti7Al5Si12的生成,促进了块状TiAl3的长大。当420℃时Ti/Al合金反应生成的TiAl3与Zn-Al-0.8Si合金会发生反应,而反应生成的Ti7Al5Si12不与Zn-Al-0.8Si合金发生反应,仍然会保持原有结构。通过分析认为在界面反应过程中反应机理是Si元素首先在Ti合金表面集聚,然后在TiAl3中固溶,最后Si在TiAl3中达到饱和溶解度后反应生成片层状Ti7Al5Si12。在反应过程中加入超声场后,会明显加速Si元素向Ti侧的扩散和Si在TiAl3中的固溶。700℃时Ti/Al合金反应生成的TiAl3与Zn-Al-0.8Si合金也会发生反应,但只生成块状Ti7Al5Si12。Ti/Al合金反应生成的TiAl3的纳米硬度为9.3-10.6GPa,固溶了10at.%Si的TiAl3的纳米硬度为11.1GPa,颗粒状Ti7Al5Si12的纳米硬度为12.5GPa。可以看出随着金属间化合物中Si含量的增加,硬度值也会增加。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-22
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 钛和铝焊接的研究现状  10-21
    1.2.1 熔化焊  10
    1.2.2 激光焊  10-13
    1.2.3 真空钎焊  13-16
    1.2.4 真空扩散焊  16-19
    1.2.5 摩擦焊  19-20
    1.2.6 搅拌摩擦焊  20-21
  1.3 本课题的意义及主要研究内容  21-22
第2章 试验材料及其方法  22-25
  2.1 试验材料  22
  2.2 试验设备及方法  22-23
    2.2.1 试验设备  22
    2.2.2 试验方法  22-23
  2.3 微观组织及力学性能分析  23-25
    2.3.1 SEM 组织观察  23
    2.3.2 力学性能分析  23-25
第3章 Ti/Al-xSi 固/液界面金属间化合物生成及反应  25-45
  3.1 Ti-Al-Si 系化合物分析  25-26
  3.2 Ti/纯Al 固/液界面微观组织分析  26-31
    3.2.1 工艺参数对Ti/纯Al 固/液界面金属间化合物的影响  26-27
    3.2.2 Ti/纯Al 界面金属间化合物物相分析  27-28
    3.2.3 Ti/纯Al 界面金属间化合物的形成机理  28-31
  3.3 Ti/Al-5Si 固/液界面微观组织分析  31-36
    3.3.1 工艺参数对Ti/Al-5Si 界面金属间化合物的影响  31-32
    3.3.2 Ti/Al-5Si 界面金属间化合物物相分析  32-34
    3.3.3 Ti/Al-5Si 界面金属间化合物的形成机理  34-36
  3.4 Ti/Al-12Si 固/液界面微观组织分析  36-40
    3.4.1 工艺参数对Ti/Al-12Si 界面金属间化合物的影响  36-37
    3.4.2 Ti/Al-12Si 界面金属间化合物物相分析  37-39
    3.4.3 Ti/Al-12Si 界面金属间化合物的形成机理  39-40
  3.5 Ti/Al-xSi 界面金属间化合物力学性能  40-42
    3.5.1 显微硬度  41
    3.5.2 纳米压痕  41-42
  3.6 TiA1_3 与Si 的反应  42-44
  3.7 本章小结  44-45
第4章 超声场作用对 Ti/Al-xSi 固/液界面金属间化合物生成及反应的影响  45-59
  4.1 超声空化作用  45-46
  4.2 超声场作用Ti/纯Al 固/液界面组织分析  46
  4.3 超声场作用Ti/Al-5Si 固/液界面组织分析  46-48
  4.4 超声场作用Ti/Al-12Si 固/液界面组织分析  48-51
  4.5 超声场作用TiA1_3 与Si 的反应  51-57
    4.5.1 浸Al-xSi 后的Ti 浸Zn-Al-0.8Si 钎料  51-54
    4.5.2 TiA1_3 与Al 的复合材料浸Zn-Al-0.8Si 钎料  54-55
    4.5.3 Ti 表面的TiA1_3 浸Zn-Al-0.8Si 钎料  55-57
  4.6 本章小结  57-59
结论  59-60
参考文献  60-64
攻读学位期间发表的学术论文  64-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 金属复合材料
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