反应烧结高Nb-Al3Ti合金的组织演变机理

黄 晟，王俊勃，刘江南，张娇娇，吴天栋，李环宇，杨振雷

(1.西安工程大学，陕西 西安 710048) (2.西工大超晶科技发展有限责任公司，陕西 西安 710086)

随着航空工业的快速发展，轻质、高强、耐高温成为高性能航空发动机用高温结构材料的主要发展方向[1-3]。Ti-Al系金属间化合物具有低密度、高强度、抗氧化、抗高温蠕变和抗燃气腐蚀等优异性能[4-7]，被认为是航空发动机用最具潜力的轻质耐高温结构材料之一。在Ti3Al、TiAl、Al3Ti 3种主要Ti-Al系金属间化合物当中，Al3Ti的密度最低，且具有高弹性模量以及高温抗氧化、抗高温蠕变等优良性能，然而由于其晶体结构缺少滑移系导致室温塑性低、加工性能差[8,9]，严重制约了其应用。

目前国内外对于Al3Ti金属间化合物研究多集中于其室温塑韧化提高，如添加V、Sc、Si、Cu等合金元素改变Al3Ti的晶体结构，使之由缺少滑移系的脆性D022结构转变为可滑移的塑性L12结构以增强室温塑性[10-13]；或是利用韧性金属Ti制备Ti/Al3Ti层状复合材料等方法提高其塑性变形能力[14-18]。而粉末冶金法可以直接成形所需Al3Ti合金构件，避免其室温脆性带来的加工困难等问题，可以更专注于其高温性能的提升。国内外学者对于Ti-Al系金属间化合物相转变、组织演化等方面已展开大量研究[6,7,19-21]，发现Nb、Ta、V、Mo等合金元素的加入可以改变Ti-Al系金属间化合物的晶体结构，提高其相转变温度与高温稳定性，增强材料的高温强度、抗高温蠕变、抗氧化等性能，从而获得性能优异的轻质高温合金。为了探究烧结过程中Al3Ti合金的组织演变，本研究利用放电等离子热压烧结技术(SPS)制备高Nb含量的Al3Ti合金，分析不同的烧结温度对合金组织转变的影响，为进一步研究Nb元素对其高温性能的影响提供理论基础。……