多层石墨烯与TiAl合金复合材料固相烧结过程中Ti2AlC与Ti3AlC的形成机制

编号：NMJS08553

篇名：多层石墨烯与TiAl合金复合材料固相烧结过程中Ti2AlC与Ti3AlC的形成机制

作者：吴明宇 弭光宝 李培杰 黄旭

关键词： TIAL合金 固相烧结 界面反应 界面能

机构： 清华大学机械系摩擦学重点实验室 中国航发北京航空材料研究院钛合金研究所 北京市石墨烯及应用工程技术研究中心

摘要： 向TiAl合金中添加C元素反应形成的Ti2AlC相与Ti3AlC相分别具有改善TiAl合金塑性和强度的作用.一般地,液相烧结过程中会发生L+TiC→Ti2AlC(Ti3AlC)的包晶反应,但在固相烧结过程中Ti2AlC与Ti3AlC的形成可能具有不同机制.本文以多层石墨烯为碳源,通过1100-1350℃的固相烧结获得C与TiAl合金的界面反应组织,借助微观组织表征与分析,发现Ti2AlC与Ti3AlC生成过程中没有TiC参与.进一步计算发现TiC/TiAl,Ti2AlC/TiAl与Ti3AlC/TiAl的界面能分别约为1.2,0.87和0.39 J·m2,据此得出Ti2AlC与Ti3AlC可以不经TiC中间相直接形成.此外,研究还发现在1150-1250℃几乎只生成Ti2AlC相,但1250-1350℃界面产物组成为Ti3AlC+少量Ti2AlC相,原因在于烧结温度对基体α相含量存在影响,进而影响Ti2AlC与Ti3AlC的形成倾向.在1150-1250℃,TiAl合金基体由γ+少量α相组成,Ti2AlC具有较高形成倾向;1250-1350℃基体几乎完全转化为α相,α相含量增大对Ti3AlC的形成具有促进作用.研究结果表明,通过控制TiAl合金与多层石墨烯的固相烧结温度,可以调控Ti2AlC与Ti3AlC的相对含量,进而有望改善TiAl合金的塑性与强度.