NiCrMoNb合金化层对TiAl金属间化合物抗氧化性能的影响_郑传林

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含Nb的TiAl合金PAM过程质量变化

含Nb的TiAl合金PAM过程质量变化杨慧敏;苏彦庆;骆良顺;丁宏升;郭景杰;贾均;傅恒志【期刊名称】《特种铸造及有色合金》【年(卷),期】2006(26)9【摘要】对比研究了在相同的真空度条件下纯Ti、纯Al、TiAl二元合金和TiAl-Nb三元合金PAM过程纽扣锭质量变化。

结果表明,纯Al在PAM过程中质量随重熔次数的增加而递减。

纯Ti在第一次熔炼时质量损失较多,但重熔过程中质量变化趋于稳定。

这说明PAM过程中Al的挥发是造成合金质量损失的主要因素。

TiAl 二元合金和TiAl-Nb系合金在基本相同的熔炼条件下熔炼时,均由于Al过热度的增加而使质量损失增加。

Al的质量损失随着熔炼次数的增加而增大,并且随Al含量的增加而增大。

Nb的加入方式对纽扣锭的质量变化有影响。

以纯Nb方式加入时的损失量高于以中间合金方式加入的损失量。

对于TiAl-Nb合金,重熔6次后,其质量变化趋于稳定,也就是合金成分趋于均匀。

TiAl-Nb合金重熔6次后质量相对损失只有0.33%,低于其他方法熔炼所引起的Al的损失。

【总页数】3页(P596-598)【关键词】TiAl-Nb合金;PAM过程;质量变化【作者】杨慧敏;苏彦庆;骆良顺;丁宏升;郭景杰;贾均;傅恒志【作者单位】哈尔滨工业大学【正文语种】中文【中图分类】TG146.4【相关文献】1.高Nb-TiAl合金连续升温过程的组织演变 [J], 李莹;周廉;林均品;常辉2.长期大气热暴露环境中含钨铌TiAl合金的组织和性能变化 [J], 丛韬;黄泽文3.孔洞对含Nb单晶β-TiAl合金力学性能的影响 [J], 寇佩佩;冯瑞成;李海燕;李龙龙;王茂茂;祁永年4.晶向和温度对含孔洞单晶TiAl-Nb合金断裂行为的影响 [J], 寇佩佩;冯瑞成;李海燕;李龙龙5.高Nb-TiAl合金热处理过程中的组织演化 [J], 张璠;吴泽恩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

TiAl金属间化合物工程实用化研究与进展

的成分一工艺一组织一性能关系研究所取得的成果，根
的结构中可开动的滑移系数目有限、超结构位错柏氏矢
量大、位错交滑移困难等因素使其室温下的拉伸塑性和断裂韧性较低，解决ＴＡ金属问化合物室温脆性问题ｉ１是其实用化的前提 … 。上世纪８０年代发现通过调整ＴＡ原子比由化学配比偏向富Ｔ、即在 —ｉ１中引人ｌｉＴＡ相
的层片组织，其中不同取向的层片团变形抗力差异较
大，热塑性变形能力有限。许多研究表明，ＴＡ合金的ｉ１力学性能对其组织状态十分敏感Ｊ。因此，其工程应用需要在现有热成形技术基础上进行工艺创新，并且需要在这些工艺过程中形成有利的组织。ＴＡ合金工程实用化的关键在于其可靠性和工艺成ｉ１熟度，本文介绍了针对铸造和变形ＴＡ１金分别开展ｉ合
ｂａｅｎｔｒｉｉａＩｏｎｔｅｓａｃｈＩｔｔｅＧｒｕｐ．Ｔｈｅｒａｈｅｄｉｌｏｄｓｕｓｄｂｉｆｙ．ｓｄｏｈｅｗｏｋｎＣｈｎｒｎａｄＳｅｌＲｅｅｒｎｓｉｏｕｔｏｄａａｓａｓｉｃｓｅｒｅｌ
１前言
钛铝金属问化合物作为低密度高温结构材料应用于航空、航天及车用发动机将通过结构减重提高发动机的工作效率，具有重要的技术推动作用。与传统高温合金

《Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用》范文

《Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，调质钢作为一种重要的工程材料，在机械制造、汽车制造、航空航天等领域具有广泛的应用。

在Cr-Mo-V-Nb调质钢中，铌（Nb）作为一种重要的合金元素，具有显著的细化晶粒和强韧化作用。

本文将详细探讨Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用。

二、Nb元素在Cr-Mo-V-Nb调质钢中的作用机制1. 细化晶粒作用Nb元素在Cr-Mo-V-Nb调质钢中主要通过形成细小的Nb(C,N)化合物，这些化合物在钢的凝固过程中作为非均质形核核心，有效促进了晶粒的细化。

此外，Nb元素还能通过抑制晶界迁移，降低晶粒长大的驱动力，从而进一步细化晶粒。

2. 强化基体作用Nb元素能有效地与基体中的位错交互作用，形成不可动化的位错结构，从而提高基体的强度。

此外，Nb元素的加入还能提高钢的抗蠕变性能和抗疲劳性能。

三、Nb元素对Cr-Mo-V-Nb调质钢的强韧化作用1. 改善韧性Nb元素的加入能显著提高Cr-Mo-V-Nb调质钢的韧性。

这主要是由于Nb元素能细化晶粒，使钢中的裂纹扩展受到阻碍，从而提高韧性。

此外，Nb(C,N)化合物的形成也能有效地吸收裂纹扩展的能量，进一步提高钢的韧性。

2. 增强硬度与耐磨性由于Nb元素的强化基体作用，Cr-Mo-V-Nb调质钢的硬度得到提高，从而增强了钢的耐磨性。

此外，Nb元素的加入还能提高钢的抗腐蚀性能。

四、实验验证与分析为了验证Nb元素在Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用，我们进行了相关的实验研究。

通过对比不同Nb含量下的钢的组织结构和力学性能，我们发现随着Nb含量的增加，钢的晶粒尺寸明显减小，强度和韧性得到显著提高。

此外，我们还发现Nb元素的加入能有效提高钢的抗蠕变性能和抗疲劳性能。

五、结论本文详细探讨了Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用。

Nb含量及相结构对TiNb二元合金系腐蚀性能的影响

收稿日期：２００７－１２－０４基金项目：湖南省杰出中青年基金资助（０２ＪＪＴＢ０１０）作者简介：罗联，女，１９８２年生，硕士，湘潭大学材料与光电物理学院，湖南湘潭４１１１０５，电话：０１５８９８５１０８５０，
Ｅ－ｍａｉｌ：响。结果表明，Ｔｉ－Ｎｂ合金系表现出较宽的钝化区域和较小的钝化电流密度，因而具有良好的抗腐蚀性
能；随着Ｎｂ含量的增加，该合金的钝化电流密度先减小后增加，其中Ｔｉ－３５Ｎｂ表现出最佳的抗腐蚀性能；合金的
已有的研究21表明当合金在腐蚀介质中形成氧化物时其氧化物是以独立的团簇镶嵌在钛合金的基体上因此如果合金元素以均匀的方式分布在合金中的各组成相时这些氧化物集团就可以均匀地分布在合金的基体上从而在合金表面形成稳定的钝化膜使得合金表现出良好的抗腐蚀性能
２００８年２７卷第３期
稀有金属快报２３
Ｎｂ含量及相结构对ＴｉＮｂ二元合金系腐蚀性能的影响
Ｅｃｏｒｒ／ｍＶ－１８４
－１９７
－１７１－２０３
－２８７
－２８９
－２８８
－３０８
图３是不同Ｎｂ含量的Ｔｉ－Ｎｂ合金的阳极极化曲线。由图３可以看出，几种成分的合金阳极极化曲线都很接近，在电压值达到－０．５Ｖ附近时，几种合金都进入了钝化区，说明合金很快就在表面形成了一层稳定的钝化层。随后，在０Ｖ附近出现一小段活化区，这时，电子透过氧化层发生迁移，钝化层被部分溶解。在电压区间０．２Ｖ～１．５Ｖ，几种合金都维持钝化状态，随着电压的增加，电流密度增加缓慢。在１．８Ｖ附近时，出现一个电流峰值，之后再次达到稳定状态。４种成分的合金试样都出现很宽的钝化区域，且钝化电流密度很小，体现了良好的抗腐蚀性能。仔细分析这几种合金的极化曲线，不难发现，随着Ｎｂ含量的增加，合金的钝化电流密度先随Ｎｂ含量的增加而减小，表明Ｎｂ的加入，能促进合金在其表面形成更为致密的钝化膜，但随着Ｎｂ含量的进一步增加，其钝化电流密度又开始增加。众所周知，钛合金之所以具有良好的耐蚀性能，是因为在腐蚀介质中，其表面上能形成一层致密的ＴｉＯ２膜。Ｓ．Ｙ．Ｙｕ和Ｊ．Ｒ．Ｓｃｕｌｌｙ对含

TiB2对TiAl基合金显微组织、力学性能及抗氧化性的影响

TiB2对TiAl基合金显微组织、力学性能及抗氧化性的影响肖树龙;荆科;徐丽娟;陈玉勇【摘要】采用水冷铜坩埚真空感应熔炼(ISM)技术制备β型TiAl合金Ti-45Al-2Nb-1.5V-1Mo-0.3Y(摩尔分数，%)及其复合材料Ti-45Al-2Nb-1.5V-1Mo-0.3Y(摩尔分数，%)＋3%TiB2(体积分数)两种材料，并对TiAl合金及其复合材料的显微组织、力学性能和抗氧化性能进行研究。

结果表明：加入TiB2后，TiAl合金中的晶粒尺寸和层片间距都得到细化，显微硬度、室温和高温抗拉强度提高，但室温伸长率略有下降，高温时复合材料表现出良好的塑性；800℃循环氧化100 h 后，TiAl合金和复合材料氧化表面均保持完整，未产生剥落；加入TiB2后，导致两种材料表面氧化物的生长形态发生变化，但两种材料的氧化增量和氧化层厚度相近，因此，TiB2对氧化物的生长形态有影响，但对抗氧化性能影响不大。

%TiAl-based alloy Ti-45Al-2Nb-1.5V-1Mo-0.3Y (mole fraction,%) and composites Ti-45Al-2Nb-1.5V-1Mo-0.3Y (mole fraction, %)+3%TiB2 (volume fraction) were prepared by induction skull melting (ISM). The microstructure, mechanical properties and oxidation resistance were studied. The results show that the composites exhibit much finer lamellar colony size and lamellar spacing compared with matrix. The micro-hardness and tensile fracture strength are improved at room temperature and 800℃, while the tensile elongation decreases at room temperature. The composites show good plastics at 800℃. After oxidation in air at 800℃for 100 h, the oxidation surfaces of matrix and composites show good quality with no micro-cracks observed. The growth morphologies of matrix oxidation surface change compared with those of composites. But the mass gain andthickness of oxide scale of composites are almost the same as those of matrix. So, TiB2 has some influence on the growth morphologies of oxide scale, but nearly has no influence on the oxidation resistance.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2016(026)012【总页数】7页(P2530-2536)【关键词】TiAl合金;显微组织;力学性能;抗氧化性;TiB2【作者】肖树龙;荆科;徐丽娟;陈玉勇【作者单位】哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨 150001; 哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室，哈尔滨 150001;哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨 150001;哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨150001;哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨 150001; 哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室，哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TG146.2随着航空航天、汽车等领域的不断发展，对于材料的强度、性能提出了更高的要求。

Nb 和 Cr 双掺杂γ-TiAl 基合金的结构和延性研究

Nb 和 Cr 双掺杂γ-TiAl 基合金的结构和延性研究宋庆功;林潇;杨宝宝;徐霆耀;胡雪兰【摘要】γ‐TiAl基合金是一种轻质耐高温材料，具有广阔的应用前景。

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，计算了Nb或Cr单替位掺杂、Nb和Cr双替位掺杂γ‐T iA l形成的合金体系的几何结构、原子平均形成能、布居数、电荷分布和弹性常数等。

通过对形成能的计算分析，揭示Nb始终倾向于替代 Ti原子， Cr的替代趋向则不明显。

4个双掺杂体系均具有负的形成能，显示其结构的稳定性和易于实验制备的优势。

通过晶胞轴比、弹性模量比和布居数计算与分析，发现Nb和Cr双掺杂对于改善合金体系的延性具有重要作用，预测Ti7 NbAl7 Cr和Ti7 CrAl7 Nb体系对于改善延性有较好的综合效果，且前者更为突出，揭示了实验探索的方向。

%γ‐TiAl based alloys are lightweight and withstanding high temperature materials with a broad a pplica‐tion areas .Theγ‐TiAl based alloys systems doped with Nb or Cr mono‐substituting ,Nb and Cr co‐substituting are investigated by using first‐principles method base on the density functional theory (DFT ) .The geometric structures ,average formation energies of atom ,populations ,charges and elastic constants are calculated and analyzed with this method .The obtained formation energies of atom show that Nb atoms tend to substitute Ti atoms ,while Cr atoms have no evident tendency .The four Nb and Cr co‐doping systems possess negative for‐mation energies indicating the stabilities of their structures and the advantages for experiment preparation . Through the calculations and analysis about axis ratios of unit cell ,elastic modulus ratios and populations ,the important effects of Nb and Cr co‐doping forimproving the ductility are presented .The paper forecasts that Ti7 NbAl7 Cr and Ti7 CrAl7 Nb systems possess good composite effect for the improvement of ductility ,and the former was better than the latter .These results suggest the direction of experiment investigation .【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2015(000)017【总页数】5页(P17082-17086)【关键词】γ-TiAl基合金;Nb和Cr双掺杂;延性;第一性原理【作者】宋庆功;林潇;杨宝宝;徐霆耀;胡雪兰【作者单位】中国民航大学理学院低维材料与技术研究所，天津300300; 中国民航大学中欧航空工程师学院，天津300300;中国民航大学中欧航空工程师学院，天津300300;中国民航大学理学院低维材料与技术研究所，天津300300;中国民航大学理学院低维材料与技术研究所，天津300300;中国民航大学中欧航空工程师学院，天津300300【正文语种】中文【中图分类】TG146.2;TN3831 引言γ－TiAl基合金材料具有较高的高温强度、较低的比密度、良好的抗氧化性能和抗蠕变能力，是一类综合性质优秀的轻质耐高温结构材料。

_TiAl中Nb和Mo合金化效应的第一性原理研究_党宏丽

C-TiAl中Nb和Mo合金化效应的第一性原理研究*党宏丽1)王崇愚1)2)3)于涛1)1)(钢铁研究总院功能材料所,北京100081)2)(清华大学物理系,北京100084)3)(中国科学院国际材料物理中心,沈阳110016)(2006年7月16日收到;2006年8月27日收到修改稿)基于密度泛函理论框架下的第一性原理离散变分(DV)和DMol方法研究了4d过渡金属元素在C-TiAl中的择优占位行为及其Nb和Mo的合金化效应.转移能的计算结果表明Y,Zr,Nb,Mo在C-T i Al中有T i占位倾向,而Tc, Ru,Rh和Pb则表现为Al占位倾向.通过对差分电荷密度、Mulliken轨道集居数以及态密度的分析表明Nb和Mo可以提高杂质元素与其近邻基体元素之间的相互作用和相应原子之间的键合强度,导致较强的固溶强化效应.关键词:密度泛函理论,第一性原理,电子结构PACC:7115M,7000,6155H,6185*国家重点基础研究发展规划项目(批准号:2006CB605102)和国家自然科学基金(批准号:90306016)资助的课题.通讯联系人.E-mail:hongli-dang@11引言TiAl金属间化合物具有低密度、较高弹性模量以及良好的高温强度、抗蠕变和抗氧化能力,可用于汽车或航空发动机的高温部件如涡轮盘、叶片和气门阀等,有良好工业应用前景.但较低的室温塑性阻碍了它的快速发展,改善其室温性能的最主要途径之一是合金化[1].TiAl的合金化非常复杂,而合金化行为其中一个很重要的方面就是添加原子的择优占位,到目前已经有大量文献对Ti A l中合金元素的择优占位行为进行了研究[2)4].根据结合能的计算,Yang等[3]预计Mg和Ga倾向占据Al的位置,V,Cr和Mn等占据Ti的位置,而Mo则既可以占据Al的位置也可以占据Ti的位置.Xu等[4]采用DV方法研究了Ti A l中多种合金元素添加的元素择优占位行为,结果发现合金元素在Ti A l中的占位和Ti P Al以及添加的合金元素数量都有关系.通过调研我们发现,在TiAl中添加物可以以间隙或者置换方式存在,它们不仅仅可以改变相平衡和固有的键合特征,而且可以影响APB 能、堆垛层错能、孪晶界面能以及对位错运动的抵抗.这些效应都受到合金元素在TiAl的不同亚点阵中占位的影响.所以,了解这些合金元素占位行为是阐明合金元素对TiAl合金机械性能特性影响的基础.此外,大量的文献报道V,Cr,Mn,Nb,Mo,W和Ta等元素的添加会对TiAl合金的微结构和性质产生很重要的影响.V,Cr和Mn[5)7]被报道可以提高双相TiAl合金室温塑性,Nb和Mo[8,9]可以提高TiAl室温和高温下的抗拉强度,这些元素都可以归结为固溶强化元素.W[10)13]被发现可以显著提高合金的蠕变性能,这种强化效应可以部分归结为W对B2沉淀相的稳定作用,它可以阻碍层间晶界和位错的运动,从而达到稳定微结构的目的.W的这种弥散强化效应和Si类似.在C-TiAl中引入Nb或者Ta可以提高强度和抗氧化性[14].这些元素的重要性吸引了很多基于第一性原理的研究来探索其合金化作用的电子机理.本文尝试阐明4d过渡金属元素在C-TiAl中的择优占位行为,建立计算模型,并基于第一性原理离散变分方法(DVM)[15)20]进行了电子结构计算,在电子层次上探讨部分4d合金化元素(Nb和Mo)对C-TiAl的室温塑性的影响.21模型和方法DVM方法是美国西北大学Ellis等人提出的在密度泛函框架下[21,22]数值求解Kohn-Sham方程的一第56卷第5期2007年5月1000-3290P2007P56(05)P2838-07物理学报AC TA PHYSIC A SINICAVol.56,No.5,M ay,2007n2007Chin.Phys.Soc.种计算方法.此方法最初主要用于量子化学的研究,后来逐渐扩展应用于金属、半导体、金属间化合物等固体领域的电子结构计算,获得了较好的结果[23)25].DVM 的主要思想是在位形空间(实空间)中选择一组分离的取样点,把单电子波函数(分子轨道)用一组数值原子基函数展开,然后代入Kohn -Sham 方程,用其近似解确定误差函数,通过对误差函数中展开系数求变分,使得误差函数对所有取样点有极小值,得到久期方程,把微分方程变为代数方程.在我们的计算中,采用的交换关联势为VonBarth -Hedin 形式[26].因主要关注于材料的结构和力学性质,文章中采用了非自旋极化的波函数.有序C 相TiAl 的结构类型为L 10结构,面心四方.该结构中Ti 和Al 原子排列的特点:一是[001]方向单层Ti 原子和单层Al 原子交替出现;二是c P a 值略高于1.我们首先基于DMol 方法进行原子构型以及能量的分子动力学优化,得到用于第一性原理计算的原子平衡构型.其中,a =31992!,c =41072!,这和实验结果很相近[27].我们知道,团簇的大小对能量计算有显著影响,所以文章首先需要确定计算模型的大小[28].经过计算发现当模型原子数目含超过中心原子第三近邻以上原子数时,计算精度对能量计算误差可忽略不计.我们选择了一个145个原子的C -TiAl 团簇模型进行第一性原理的计算,对称类型为D4h.由于选择的中心不同,将会形成2种不同的团簇计算模型,即1)以Al 原子为中心原子的团簇模型;2)以Ti 为中心原子的团簇模型.分别见图1(a)和(b).图1 用于第一性原理计算的团簇模型 (a)中心原子为Al 原子的模型;(b)中心原子为Ti 原子的模型(其中Al 原子用小圆球表示,Ti 原子用大一些的圆球表示,而最大的圆球则表示团簇模型中心基体Al 原子或者Ti 原子,标号为1)考虑到4d 过渡金属元素(X )的半径和基体Ti 或者Al 原子的半径很相近,认为这些元素将以置换形式存在于C -TiAl 中,这与实验观测相一致[29].为方便比较,并同时保持对称性和节省计算时间,我们用X 置换团簇模型的中心Ti 或Al 原子(Ti1或Al1).由于原子尺寸以及电子结构的不同,当合金化元素X 替位Ti1或者Al1时,会在掺杂原子附近产生局域应力.从以往的经验和计算可知[30,31],替位原子引起的弛豫范围一般不会太大,因此用DMol 方法进行优化时,只考虑掺杂原子及其周围近邻原子的弛豫,以降低掺杂引起的局域应力.如果忽略掉C -TiAl 的四方性(c P a ~1102),L 10结构中每个原子都有12个第一近邻原子(NN)和6个第二近邻原子(NNN),这些原子将作为在用DMol 方法进行局域优化时弛豫的原子.为了在DMol 弛豫过程以及后面分析中讨论方便,模型中的这些原子用数字进行标号,见图2(给出的是以Al 为中心原子的情形),优化过程中其他原子保持不动.在DMol 弛豫过程中,波函数采用了非自旋极化波函数,基组采用双值扩展基(DNP),交换关联泛函是具有广义梯度近似的Perdew -Burke -Ernzerhof 形式[32].同时,能量梯度和原子位移的收敛标准分别为5@10-4Ry P !和5@10-4!.我们采用DMol 弛豫后的原子构型进行第一性原理的电子结构计算,为方便分析,纯TiAl 体系和掺杂TiAl 体系分别用TiAl 和TiA-l X 表示.28395期党宏丽等:C -TiAl 中Nb 和Mo 合金化效应的第一性原理研究图2以Al为中心原子时D Mol弛豫过程中的原子标号(以Ti为中心原子时对应相同原子标号的原子类型和以Al为中心时正好相反)31结果和讨论3111择优占位为了描述置换型元素的择优占位行为,文章引入转移能(transfer energy)[33,34],它定义为合金元素X 从TiAl中Ti位置移动到Al位置所需要的能量.通过转移能的正负和大小,就可以判断出合金化元素在TiAl基体中的占位.对于含微量合金化元素的准化学当量的合金来说,转移能可以通过直接计算合金体系和空位体系的结合能得到.本文首先将中心Al1原子用一个合金化元素X或者一个空位来代替,用DMol进行弛豫,弛豫后的结果分别用Ti(Al, X)和Ti(Al,V ac)表示;再用合金化元素X和空位来分别取代Al1最近邻的一个Ti原子进行DMol弛豫,弛豫后的结果分别用(Ti,X)Al和(Ti,V ac)Al 来表示.所得的结果列于表1.这样,我们就可以定义TiAl相中一个置换元素的转移能(E X t)为[33]E X t={E b[Ti(Al,X)]-E b[Ti(Al,V ac)]}-{E b[(Ti,X)Al]-E b[(Ti,V ac)Al]},(1)这里E b[Ti(Al,X)]为Ti(Al,X)体系的结合能, E b[Ti(Al,V ac)]是Ti(Al,V ac)体系的结合能,以此类推.如果E X t<0,则合金化元素X在TiAl中倾向占Al位;反之,则X择优占位Ti位.根据(1)式,我们计算得到4d合金化元素在Ti(Al,X),Ti(Al,V ac)体系以及(Ti,X)Al,(Ti,V ac)Al等体系的结合能.从计算出来的转移能的结果可以看到掺Y,Zr,Nb,Mo体系的转移能分别为0172eV,0167eV,0147e V和0114eV,它们都显示出Ti占位倾向,同时Ti占位倾向逐渐减弱;而掺Tc,Ru,Rh,Pb体系的转移能结果分别为-0125eV, -0155eV,-0159eV和-1163eV,为Al占位倾向,而且Al占位倾向逐渐增强.这样,可以预测随着原子序数的增加,同一周期的4d元素表现出替位Al 的倾向性增加,这与Hao等人的研究结果一致[35].同时,以上元素的择优占位趋势与理论及实验结果相符合[6,29,35].表1Ti(Al,X),Ti(Al,V ac)体系以及(Ti,X)Al,(Ti,V ac)Al等各体系的结合能(这里X=Y,Zr,Nb,Mo,Tc,Ru,Rh和Pb)体系结合能P eVTi(Al,Y)-631177Ti(Al,Zr)-635125Ti(Al,Nb)-635142Ti(Al,Mo)-634171Ti(Al,Tc)-636178Ti(Al,Ru)-636155Ti(Al,Rh)-635199Ti(Al,Pb)-631177Ti(Al,V ac)-627130(Ti,Y)Al-631113(Ti,Zr)Al-634156(Ti,Nb)Al-634153(Ti,Mo)Al-633150(Ti,Tc)Al-635118(Ti,Ru)Al-634164(Ti,Rh)Al-634104(Ti,Pb)Al-638178(Ti,V ac)Al-625195上述计算结果表明转移能可以作为一个判断C-TiAl中元素择优占位的物理参量.根据这个择优占位的结果,我们在下面的第一性原理计算中将采用以置换Ti位置为计算模型来进行关于Nb和Mo 在C-TiAl中的合金效应研究(为了分析方便,下文中出现的原子标号和图2中以Al为中心的原子标号相同,原子类型相反).3121差分电荷密度为了进一步分析Nb和Mo的合金化作用,我们2840物理学报56卷定义了杂质所引起的差分电荷密度$Q =[Q (TiAl-X )-Q free (TiAl-X )]-[Q (TiAl)-Q free (TiAl)],(2)其中,Q (TiAl-X )和Q free (TiAl-X )分别是掺杂TiAl 体系的成键原子与自由原子的电荷密度,而Q (TiAl)和Q free (TiAl)则分别是纯TiAl 体系的成键原子与自由原子的电荷密度.$Q 为杂质引起的电荷密度的变化,即差分电荷密度.差分电荷密度分布直接反映体系中电荷分布的物理图像,通过它可以清晰地显示出由掺杂所引起的电荷密度的重新分布,使之对原子间的成键特征有一个更直观的认识.图3(a)和(b)分别给出了Nb 和Mo 掺杂体系(001)面上的差分电荷密度分布,图中实线表示电荷密度的增加,虚线表示电荷密度的减小.由图3可以看到,当Nb 或Mo 原子替位Ti1原子后,电荷重新分布,Nb 或Mo 得到电子,周围的基体Ti 失去电子,在Nb 或Mo 杂质原子与周围Ti 原子之间有电荷集聚现象.这表明掺杂后Nb 和Mo 原子与近邻基体原子之间的相互作用要强于置换前Ti1原子与相应基体原子之间的相互作用,从而加强了掺杂原子与基体原子之间的成键及结合强度.同时发现,在图4(a)和(b)中掺Nb 和Mo 杂质体系的电荷密度定性上没有明显区别,但很明显Mo 和周围基体原子之间的电荷转移要大于Nb 与周围相应基体原子之间的电荷转移,这表明Mo 原子与周围基体Ti 原子之间的成键要强于Nb 与相应Ti 原子间的成键.图3 (a)和(b)分别为Nb 和Mo 掺杂Ti Al 体系(001)面上的差分电荷密度图(截面过中心Nb 或Mo 原子及近邻基体Ti 原子,其中实线表示电子密度增高,虚线表示电子密度降低,等值线间隔为01001e P a.u.3)3131Mulliken 轨道集居数分析通过对原子轨道集居数的分析,能够了解原子轨道间(价轨道)的电荷转移情况,有助于分析原子间的相互作用.对于缺陷体系,电荷的分布特征及电荷在杂质与其近邻基体原子间的转移对原子的成键状态有很大影响.表2列出了纯TiAl 体系中Ti1原子和掺杂TiAl 体系中Nb 和Mo 原子及它们的近邻基体原子的不同价轨道的Mulliken 电荷集居数.从表2可以看到对于纯TiAl 体系,电荷从T-i 4s 轨道转移到T-i 3d 轨道,从A-l 3s 轨道转移到A-l 3p轨道,这直接导致了纯TiAl 体系中的Ti d -d 强化以及T-i d P A-l p 的杂化作用加强,这也是Ti A l 体系成键的典型特征.当4d 过渡金属元素Nb 和Mo 置换Ti1后,发现Nb 和Mo 均从近邻的基体Ti 和Al 原子得到电荷,并将所得电荷主要分配在5d 价轨道上.与纯Ti A l 体系比较,我们可以发现掺杂TiAl 体系的杂质原子与其近邻基体各原子之间的键合更强,这是由于杂质-d 和T-i d 之间的相互作用以及杂质-d 和A-l p 之间的杂化作用加强的缘故.Nb 和Mo 的加入会导致较强的固溶强化效应.同时很明显的发现相对于掺Nb 体系,掺Mo 体系中周围近邻基体Ti 和Al 原子失去更多电荷,而Mo 也得到了更多的电荷,Mo 与周围近邻基体的作用强于Nb 与相应基体间的相互作用.这与图3的差分电荷密度分析相一致.3141态密度为了从能量空间进一步分析掺杂原子与其近邻28415期党宏丽等:C -TiAl 中Nb 和Mo 合金化效应的第一性原理研究基体原子之间的相互作用,下面计算了态密度(DOS).考虑到杂质原子的局域效应,我们只给出了杂质原子及其第一近邻Ti 和Al 原子的局域态密度曲线,见图4,其中原子标号与图2相同,原子类型相反.图中纵坐标为态密度,采用任意单位制;横坐标为能量,且费米能级移动到0.表2 Ti1,Nb 和Mo 原子及其近邻基体Ti 和Al 原子的价轨道的Mulliken 集居数(其中Q 为原子所有价轨道集居数总和,n 0和n分别为纯团簇和掺杂团簇原子的集居数,$n =n -n 0)纯体系n 0掺Nb 体系掺Mo 体系n $nn $n杂质5d(3d)2145631954419826s(4s)0156401455014956p(4p)013410119801240Q313614160751717Ti(2-5)3d 2146221461-010*******-010084s 0155501538-010*******-010234p 0136001343-010*******-01015Q3137731342-010*******-01046Al(6-13)3s 1141711413-010*******-010103p 2120621181-010*******-01040Q3162331594-010*******-01050Ti(14-17)3d 21436214410100521442010064s 01572015720100001576010044p 0133901341010020134201003Q3134731354010073136001013Ti(18-19)3d 21494214970100321495010014s 01556015580100201562010064p 0135701358010010136101004Q3140731413010063141801011图4 纯TiAl 和掺杂TiAl 体系中的中心Ti1,Nb 和Mo 原子以及它们的第一近邻基体Ti 和Al 原子的局域态密度曲线(图中实线表示纯Ti Al 体系的态密度,短划线以及点线分别代表Nb 和Mo 掺杂体系的态密度.费米面已移动到零)从图4可以看出纯TiAl 体系以及掺杂TiAl 体系的原子键合特征.与纯TiAl 体系的Ti1原子相比较,掺杂体系中Nb 和Mo 的DOS 曲线向低能级方向移动,且其轨道的主峰也处于相对较低的能量位置,同时杂质近邻基体原子如Ti(2-5)以及Al(6-13)的轨道能级也向低能级方向移动,这表明Nb 和Mo 与其周围近邻基体原子之间的相互作用在低能区域作用增强,Nb 和Mo 提高了它们与近邻基体原子之间的强杂化作用,使得各原子相互之间的结合更强.此外,从DOS 图中也很明显地看出Mo 与周围近邻基体原子的相互作用要强于Nb 与其相应原子之间的相互作用.这与差分电荷密度以及Mulliken 的分析结果相一致.41结论基于密度泛函理论框架下的第一性原理离散变分(DV)和DMol 方法研究了4d 过渡金属元素在C -TiAl 中的择优占位以及Nb 和Mo 的合金化效应.转2842物理学报56卷移能的计算结果表明Y,Zr,Nb,Mo在C-TiAl中有明显的Ti占位倾向,同时Ti占位倾向逐渐减弱;而Tc,Ru,Rh和Pb则表现为Al占位倾向,且Al占位倾向逐渐增强.通过差分电荷密度、Mulliken轨道集居数以及态密度的分析,从微观电子结构角度探讨了过渡金属元素Nb和Mo在C-TiAl中的合金化效应.计算结果表明Nb和Mo可以提高杂质元素与其近邻基体各元素之间的相互作用以及相应原子之间的键合强度,导致较强的固溶强化效应,影响C-TiAl 的力学性质.[1]Ki m Y W1994J.Metals.4630[2]Song Y,Cao Z X,Yang R2002Journal o f Light Metals2115[3]Yang J L,Xiao C Y,Xia S D,Wang K L1992Phys.Re v.B4613709[4]Xu D S,Song Y,Li D,Hu Z Q1995Acta Metal.Sinica.8609[5]Dinko V,Li Z X,Whang S H1988Metall.Trans.A192445[6]Hao Y L,X u D S,Cui Y Y1999Acta.Mate r.471129[7]Liu Y,Chen K Y,Zhang J H1997J.Phys.:Condens.M atter.99829[8]Sun F S,Cao C X,Kim S E2001Metall.Trans.A321573[9]Li Y G,Loretto M H1994Acta Me tall.Mate r.422913[10]Yu R,He L L,Ye H Q2002Phys.Re v.B65184102[11]Martin P L,M endiratta M G,Lipsi tt H A1983M e tall.Trans.A142170[12]Triantafi ll ou J,Beddoes J,Zhao L1994Sc r.Metall.Mate r.311387[13]Ramanuj an R V,Maziasz P J,Liu C T1996Acta Mater.442611[14]Zhang Y G.,Han Y F,Chen G L,Guo J T,Wan X J,Feng D2001Structural mate rial o f interme tallics(Beiji ng:Nati onal defenseindus try press)p768(i n Chinese)[张永刚、韩雅芳、陈国良、郭建亭、万晓景、冯涤2001金属的结构材料(北京:国防工业出版社)p768][15]Elli s D E,Painter G S1970Phys.Rev.B22887[16]Averill F W,Ellis D E1973J.Che m.Phys.596412[17]Rosen A,Elli s D E1976J.Chem.Phys.653629[18]Delley B,Ellis D E1982J.Che m.Phys.761949[19]Ellis D E,Benes h G A,Byrom E1977Phys.Re v.B163308[20]Guo J,Ellis D E,Lam D J1991Phys.Rev.B453204[21]Hohenberg P,Kohn W1964Phys.Rev.B136864[22]Kohn W,Sha m L J1965Phys.Re v.A1401133[23]Wang F H,Wang C Y1998Phys.Rev.B57289[24]Wang F H,Yang J L,Li J M1998Acta Phys.Sin.471827(inChinese)[王福合、杨金龙、李家明1998物理学报471827] [25]Zhu S X,Li R,Yang X W,Xue C R2003Acta Phys.Sin.5267(in Chines e)[祝生祥、李锐、杨修文、薛春荣2003物理学报5267][26]Barth U V,Hedin L A1972J.Phys.C:Solid State Phys.51629[27]Brandes E A1983Smi thell s.Metal s Reference Book6th edn(London:Butterworth)[28]Dang H L,Wang C Y and Yu T2006Journal o f Applie d Physic s(accepted)[29]Huang S C and Hall E L1991Acta.M etall.M ater.391053[30]Niu Y,Zhao D L,Wang C Y2001Acta Metall.Sin.37239(inChinese)[牛原、赵栋梁、王崇愚2001金属学报37239][31]Chen Z Z,Wang C Y2006Chinese Physics15604[32]Perdew J P,Burke K,Ernzerhof M1996Phys.Rev.Lett.773865[33]Wang S Y,Wang C Y,Sun J H,Duan W H,Zhao D L2002Phys.Rev.B65035101[34]Ruban A V,Skriver H L1997Phys.Rev.B55856[35]Hao Y L,Yang R,Cui Y Y,Li D2000Inte rmetallics863328435期党宏丽等:C-TiAl中Nb和Mo合金化效应的第一性原理研究First-principles investigation on alloying effect of Nband Mo in C-TiAl*Dang Hong-Li1)Wang Chong-Yu1)2)3)Yu Tao1)1)(In st itute o f Fun ctiona l Mate ria ls,Cen tra l Iron an d S teel Resea rc h Institu te,Be ijin g100081,Chin a)2)(De pa rtme nt o f Ph ysics,Tsin gh ua U n iversity,Bei jing100084,China)3(In terna tion al Cen ter for Ma terials Physics,Ch in ese Ac ad emy o f Sc ience s,Shen ya n g110016,Chin a)(Recei ved16Ju ly2006;revised man uscrip t received27Augus t2006)AbstractThe site substitution behavior of the4d transition ele me nts and the alloying effect of Nb andMo have been studied using the firs-t principles discrete variational(D V)and DMol me thod within the frame work of the density-func t ional theory.The transfer energy calculation indicates that Y,Zr,Nb,and Mo show the tendency to occ upy Ti sites while Tc,Ru,Rh,and Pb have the tendency to occupy Al si tes in C-TiAl.In addition,the alloying effec t of Nb and Mo on the elec tronic structure of C-Ti Al is also studied.It was found that Nb and Mo give rise to strong interaction and charge transfer with the neighboring host atoms of TiAl, resulting in a strong solution strengthe ning effect.Keywords:density-functional theory,firs-t principles,elec tronic struc turePACC:7115M,7000,6155H,6185*Project s upported by the State Key Devel opment Program for Basic Research of Chi na(Grant No.2006CB605102),and the National Natural Science Foundation of China(Grant No.90306016).Correspondi ng author.E-mail:hongli-dang@2844物理学报56卷。

Nb对TiAl,2O,3体系复合材料结构与性能影响

２．１实验原料第二章实验内容与方法２．１．１氧化铝粉实验所用氧化铝粉为河南Ｋ兴实业有限公司生产的Ⅱ·ＡＩ：０３粉，纯度为９９．８％，平均粒径１．５９ｉｎ．化学成分如表２一Ｉ，粉体形貌如图２一ｌ。

２．１．２钛粉余桶钛粉山北京有色金属研究总院提供。

平均粒径为７．７６Ｉ＿ｔｍ，化学组成见表２－２，粉体形貌如图２－２。

２．１＿３铌粉铌粉山天津德兰精细化工厂生产，纯度为９９％，平均粒径为５．７ｐｍ。

图２－１０ｃ—Ａ１２０３粉体形貌图２－２Ｔｉ粉的形貌Ｆｉｇ．２－１ＴｈｅＳＥＭｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆａ。

Ａ１２０３Ｆｉｇ．２—２ＴｈｅＳＥＭｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆＴｉ表２－１氧化铝的化学组成Ｔａｂｌｅ２－１ＣｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＡｌ２０３表２－２Ｔｉ的化学组成Ｔａｂｌｅ２－２ＣｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＴｉ图２－３Ｎｂ粉的形貌Ｆｉｇ．２－３ＴｉｌｅｇｒａｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＮｂｐｏｗｄｅｒ２．２ＳＰＳ技术简介放电等离予烧结技术（ＳｐａｒｋＰｌａｓｍａｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，简称ＳＰＳ）瞧称等离子活化烧结，与热压烧结类似，ｆＨ与热压烧结相比可降低烧成温度，缩短保温时问，得到的材料性能也较热压烧结好，是新一代有前景的烧结技术ｆ４４１。

ＳＰＳ历史可追溯到二十世纪三卜年代，当时“脉冲电流烧结技术”引入美国。

后来闩本研究了类似的但更先进的技术一电火花烧结，，１＂－－７二六十年代术获得专利。

但山于缺少有关的应用技术，也没有解决与工业生产、设备造价及烧结效率有关的问题，所以一直没有得到广泛应用。

１９８８１２Ａ１２０３侧ＸＲＤ峰值曲线可知，Ａ１２０３侧除氧化锅外还有少最的ＡＩＮｂ２界面产物出现，Ｔｉ侧除生成ＴｉＡＩ化台物外，同样出生成了。

种ＡｌＮｂ２的中问产物，生成的中问产物ＡＩＮｂ２在’１１与Ａ１２０ｊ问象建立了道“ｌ砖肇”一样，阻碍了Ａｌ和。

原子向Ｔｉｃｆｔ扩敝，降低了。

Al含量对TiAlN涂层的组织和抗氧化性能的影响

ｉｇｔｎｔａｉＴｏ５１４）ｏｔｇＴｏ１６Ｎｃａｉａｅｅｘｄｔｎｒｓｔｎｅｔａｎａｔｎ（ｉ５０５Ｎｃａｎ．（ｉ４０）ｏｔｇｈｄｂｔｒｏｉａｏｅｉａｃｈｎｈｈ．ＡｉＡ．ｎｔｉｓ
ｈｄｓｌｅａｔｅｐｒｍｅｅ，ｌｒｅａｔｅｄｅｏｍａｉｎａｄｈｇｅｃｏｈｒｎｓ．Ｃｏａｅｔａｍａｌｒｌｔｃａａｔｒａｇｒｌｔｃｆｒｔｎｉｈｒｍｉｒ — ａｄｅｓｉｉｏｍｐｒｄｗｉｈ
【摘要】采用阴电弧蒸发镀在ＷＣＣ硬质合金基体表面沉积两种不同Ａ含量的（ｉ极 —ｏ１ＴＡＮ涂层，１）比较了（ｊＡ０）Ｔ。１６Ｎ涂层和（ｊ１）ｌＴ。。Ｎ涂层的组织和抗氧化性能。结果表明：Ａ两
．
种涂层的主要相都是呈ＮＣ型面心立方结构的ＴＮＴ０１Ｎ涂层晶格常数较小，ａ１ｉ。（Ａ。ｉ）固溶强化
第３２卷
第３期
上
海
金
属
Ｖｏ．２，Ｎｏ３１３．Ｍａ，２１ｙ００１１
２１００年５月
ＳＨＡＮＧＨＡＩＭＥＴＳＡＬ
Ａ含量对ＴＡＮ涂层的组织和抗氧化性能的影响ｌｉ１
陈佳荣朱丽慧。倪旺阳刘一雄
（．１上海大学上海市现代冶金及材料制备重点实验室，上海２０７；．国宾夕法尼亚州ＫｎａｅａＩｃ）００２２美ｅｎｍｔｌｎ．

Nb含量对TiAl合金铸态组织的影响

２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８３，Ｃｈｉｎａ；３．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｙｒｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌＭａｔｅｉａｒｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＭｉｎｉｓｔｙｒｏｆＥｄ镜（０Ｍ）、Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）和扫描电镜（ＳＥＭ）及能谱分析（ＥＤＳ）等测试方法研究Ｎｂ含量
对铸造ＴｉＡｌ－ｘＮｂ‘ １，３，５，７；原子分数，％）合金组织的影响。结果表明：Ｎｂ含量为１％时，ＴｉＡ１－Ｎｂ合金铸锭组
织主要为单相的ｙ组织；随Ｎｂ含量升高，合金组织主要为ａ２／ｙ层片组织；并在层片组织间存在２种偏析，分别
是网状相和ｙ相，合金的层片晶团平均尺寸逐渐增加，相的体积分数逐渐升高；当合金中Ｎｂ的含量从１％增加到７％，层片晶团平均尺寸由８９１增加至１９０ｍ，相的体积分数从１．９％增至１２．９％；随合金中Ｎｂ含量增加，相中Ｎｂ含量增加而Ｃｒ含量减少，ｙ相的偏析区域宽度变窄。
第１９卷第３期
ＶｂＩ＿ｌ９ＮＯ．３

Nb-Al系金属间化合物及其复合材料研究进展

Nb-Al系金属间化合物及其复合材料研究进展罗民;陈焕铭;王怀昌;何力军;李星【摘要】综述了Nb-Al系金属间化合物作为高温结构材料的最新研究进展和发展趋势.对目前国内外Nb-Al系金属间化合物及其复合材料的制备工艺、组织结构控制和力学性能的研究现状进行评述.结果表明:通过延性相增韧、合金化、层状结构设计、复合材料设计等方法,可以显著改善Nb-Al金属间化合物的室温脆性、抗氧化能力、高温强度及抗蠕变性能.Nb-Al系金属间化合物的研究方向应集中发展以Nb3Al及NbAl3金属间化合物为基体,以SiC、Al2O3及TiC等陶瓷相为增强相强化的陶瓷-铌基合金复合材料.%The recent research progress and prospects of Nb-Al intermetallics compounds for structural applications were discussed.The processing and mechanical properties of the Nb-Al intermetallics and their composites were reviewed.The results show that the ductile phase toughening, alloying, microlamination and composite design can improve the brittle fracture at room temperature, oxidation resistance, high-temperature strength and creep resistance.The research on Nb-Al system materials should be focused on the ceramics phase (SiC, Al2O3 and TiC) reinforced Nb3Al and NbAl3 matrix composites.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2011(021)001【总页数】8页(P72-79)【关键词】Nb-Al系;金属间化合物;复合材料;高温结构材料【作者】罗民;陈焕铭;王怀昌;何力军;李星【作者单位】宁夏大学,化学化工学院,银川,750021;宁夏大学,物理电气信息学院,银川,750021;宁夏大学,化学化工学院,银川,750021;宁夏大学,物理电气信息学院,银川,750021;宁夏大学,化学化工学院,银川,750021【正文语种】中文【中图分类】TF841.6金属间化合物由于具有密度小、熔点高、高温性能优越、化学稳定性良好等特点，在航空、舰艇和工业用燃气轮机的高温部件、航天器及火箭发动机、核反应堆、石油化工设备等领域应用具有独特的优势。

硬质合金基体上TiN与TiAlN涂层冲蚀磨损特性研究

硬质合金基体上TiN与TiAlN涂层冲蚀磨损特性研究邹雪倩1　吴凤芳2　朱振杰1（1.机械工程国家级实验教学示范中心（山东大学），济南 250061；2.山东大学机械工程学院，济南 250061）摘　要：采用离子束辅助真空脉冲过滤弧离子镀技术，在硬质合金YG6基体上沉积两种氮化物涂层TiN、TiAlN，检测了涂层的微观结构及其主要物理机械性能。

对两种涂层进行气体冲蚀磨损试验，利用扫描电子显微镜（SEM）对冲蚀表面进行观察，获得涂层冲蚀形貌特征。

通过检测涂层的冲蚀磨损量和磨损率，分析涂层的冲蚀磨损性能，表明TiAlN涂层比TiN表现出了更强的抵抗冲蚀磨损的能力。

通过分析两种涂层的冲蚀表面形貌特征，发现两种涂层材料的冲蚀去除机制有所不同。

TiN涂层表现出典型的脆性断裂去除特点，而TiAlN涂层主要呈现微切削和疲劳断裂的特征。

关键词：氮化物涂层；PVD；冲蚀磨损；磨损机理Erosion Wear Performance of TiN and TiAlN Nitride Coatings on Cemented Carbide SubstratesZOU Xueqian1, WU Fengfang2, ZHU Zhenjie1(1.National Demonstration Center for Experimental Mechanical Engineering Education(Shandong University), Jinan 250061;2.School of Mechnical Engineering, Shandong University, Jinan 250061)Abstract: TiN and TiAlN coatings were deposited on YG6 cemented carbide by cathode arc-evaporation technique aided by plasam. Microstructure and fundamental properties of two nitride coatings were examined. The coatings were eroded by air jet abrasion with angular SiC particles. The erosion wear resistance of the coatings were evaluated by determining the erosion rates of the coatings. The wear surface morphologies were examined by scanning electron microscopy. The characteristics of the eroded surface of the coatings showed that the TiAlN coating exhibited higher erosion wear resistance than the TiN coating. Analysis of eroded surface of the coatings demonstrated that the TiN coating exhibited as typical brittle fracture induced removal process, while TiAlN coating showed mainly micro cutting and cycle fatigue fracture of material removal mode.Key words: nitride coatings; PVD; erosion wear; wear mechanisms通常情况下，硬质合金作为切削刀具材料，表现出良好的磨损性能。

高Nb-TiAl合金的凝固组织与力学性能研究

高Nb-TiAl合金的凝固组织与力学性能研究孙红亮;孙才;黄泽文;朱德贵【摘要】The Effect of different aluminum content on solidification microstructure and mechanical properties of high Nb containing TiAl alloy was investigated.The results indicate that the grain size gradually increase with increasing of aluminum content and the peritectic reaction occurrs in local regions of TiAl alloy during solidification process twhen he aluminum addition is 45.7%,which increase grain size greatly.The content of aluminum can increase the room temperature strength,high temperature （700℃） strength but the peritectic reaction can reduce 200 MPa.The Aluminum content has a little effect on the ductility.The creep rupture life has positive correlation relationship with the content of aluminum.To control solidification microstructure and mechanical properties,the peritectic reaction in pentatomic TiAl-based alloy should be avoided and the aluminum content should be under 45.7%.%研究了Al含量变化对高Nb-TiAl合金的凝固组织与力学性能的影响.结果表明：随着Al含量的增加,TiAl合金晶粒尺寸呈增加趋势;当Al含量为45.7%时,凝固过程中局部区域发生包晶转变,使晶粒尺寸显著增大;室温及700℃高温拉伸强度随着Al含量的增加而呈增加的趋势,但发生包晶转变致使室温及700℃高温拉伸强度下降约200MPa;Al含量对延伸率不敏感,持久性能随Al含量的增加呈增加趋势.为控制铸锭凝固后的组织与力学性能,尽量避开包晶转变区,合金中Al含量应低于45.7%.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2012(020)001【总页数】5页(P53-57)【关键词】TiAl合金;包晶转变;Al含量;显微组织;力学性能【作者】孙红亮;孙才;黄泽文;朱德贵【作者单位】西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室,成都610031;西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室,成都610031;西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室,成都610031;西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室,成都610031【正文语种】中文【中图分类】TG113.12TiAl合金因其耐高温、比强度高、良好的抗蠕变及抗氧化性能等突出优势，被认为是具有良好发展潜力的高温结构材料［1-2］.研究和发展高钨铌(W+Nb〉5%，原子百分比，下同)低铝(Al＜45%)的多元TiAl合金是目前国内外TiAl合金发展一个重要方向.钨和铌是难熔重金属元素，由于扩散缓慢，在TiAl合金的a2和g层片组织中充分固溶，能有效强化这些组织，从而保证组织的高温强度和持久稳定能力.这种极高的强度和高温稳定性使这类TiAl合金在航空发动机，汽车发动机和其它陆地和海洋用燃气轮机中有很好的应用前景［3-7］.TiAl合金的性能与它的晶粒结构息息相关，因此，控制凝固组织最终晶粒尺寸和形貌，以及铸造产品质量方面是至关重要.但是TiAl合金中添加不同的合金元素后，容易发生包晶反应，导致合金的组织和性能变差.因此对于含有钨的高铌多元TiAl合金如何控制Al含量避免包晶反应，以制备晶粒细小、均匀、无有害偏聚相的含钨铌TiAl合金是一个需要深入研究的问题.本文开展了不同Al含量的五元TiAl合金(Ti-Al-Nb-W-B)的凝固组织和力学性能的研究.实验所用材料由英国伯明翰大学提供，经二次真空电弧重熔，然后利用冷壁坩埚磁悬浮熔炼炉在保护性气氛中制成Φ20mm的铸锭.随后进行热等静压处理，(热等静压制度:氩气保护，1260℃，150Mpa，4h)，其名义成分如表1所示.采用圆柱状拉伸和持久试样，测试部分尺寸为Φ3.99mm×23mm.室温和高温拉伸实验在WDW3100微机控制电子万能试验机上进行，应变速率为0.7×10-4/s，高温拉伸温度为700℃.得到应力应变曲线，从应力应变曲线上求出最大抗拉强度(UTS)，断裂时的塑性延伸率(El%).在RDW5050型电子式蠕变持久试验机，进行温度为700℃的持久实验.其中持久应力分别取三个样品在700℃时抗拉强度的85%.微观组织的观察在FEI公司的Quanta200 ESEM环境扫描电子显微镜上用背散射电子成像进行，加速电压为20kV.图1为3种不同Al含量TiAl合金的背散射SEM图像.其微观形貌为典型的近片层(near lamellar)组织，由大量黑白相间的α2和γ片层组成的层片团晶粒，在片团晶界处分布着白色块状的(B2+ω)相和呈黑色的等轴γ相，此外分布在晶界上的白色带状以及在晶内呈白色点状分布的是硼化物.利用定量金相分析软件对显微组织进行分析，多次计算并取平均值，结果如表2所示.可以看出随着Al含量增加，晶粒的尺寸有增加趋势，当铝含量达到45.7%，晶粒尺寸突然增大到133.46μm，增大了113%以上.板条厚度和(B2+ ω)相的数量变化不是很大，基本保持稳定.同时在Al含量达到45.7%时，在其显微组织中出现了很多特别粗大的(α2+γ)片层晶粒(如图1(c)中箭头1所示)，在该晶粒中，α2与γ板条之间取向一致，晶界非常曲折.室温拉伸及高温拉伸试验结果如图2所示.可以看出，在铝含量小于44.4%(如图2中1#、2#所示)时，合金的室温抗拉强度约700MPa左右，700℃高温抗拉强度略低达到约670 MPa左右，塑性延伸率都在1%以下.合金Al含量变化对室温、700℃高温拉伸强度及塑性延伸率影响不大.但是当合金Al含量达到45.7%(如图2中3#所示)后，合金的无论室温还是700℃高温抗拉强度都有大幅度的下降，下降了约200MPa，而塑性延伸率略有上升.对不同Al含量的合金进行持久性能测试，结果如图3所示.随着Al含量的增加，合金的持久寿命呈增加趋势.合金中随Al含量的增加，晶粒呈增加趋势，特别是Al 含量达到45.7%后，晶粒尺寸明显粗大，晶界作为一种缺陷组态存在显微组织中，对高温力学性能产生重要影响，晶界滑动及晶界原子扩散而产生空洞，空洞长大并连接形成裂纹，近而导致断裂.晶粒尺寸增加，持久寿命增加.关于二元TiAl合金液-固相变规律的研究，国内外的工作已经进行得比较成熟，通过对二元Ti-Al典型合金的平衡凝固分析，已经建立起了完整的Ti-Al二元合金相图，揭示了有关的关键成分点［8-10］.根据二元Ti-Al合金中间部分的相图(如图4所示)分析可知，Al含量在(44.8～49.4)at.%之间的二元Ti-Al合金的液-固相变的基本理论来看，TiAl合金在凝固时存在着两种不同的初次晶析出路径:L→β和L→α，随着Al含量的进一步增加，同时还存在着两个连续的包晶转变:L+β→αp和L+α→γp.在二元Ti-Al合金的平衡相图中，这些关键成分点均已明确测定出来.不同的Al含量的TiAl合金随着温度的降低，将会遵循不同的结晶路径.从TiAl合金相图来分析，要确保TiAl合金的液-固相变时形成细晶凝固，就要确保初次晶析出沿着L→β路径发展，防止其因富Al而进入L+β→αp的包晶转变成分区.要保证充分获得初次结晶相是β相的基本原理是:β晶粒与随后固态相变形成的α晶粒存在着{0001}α//{110}β，＜112 -0〉α//＜111〉β的位向关系，固态α晶粒可以在固态β相的6个可能的{110}晶面上(忽略180°的差别)都形核生长［11，12］，从而形成较细小的α晶粒，并在伴随其后的α→α2+γ共析相变作用下，获得较细化的α2+γ层片晶团.为什么一定要在结晶时候避免出现L+β→αp包晶晶粒生成呢?因为包晶晶粒直接从液相中生成，尺寸往往很粗大，其内部由于包含初始形核的β相，β相固/液界面向液相推进，且使界面前沿的液相中Al含量升高，发生包晶L+β→α转变形成α相，随着α相的不断增加，β相及液相在不断的减少，由此造成的偏聚变得严重，α相则通过共析转变形成α2+γ层片状结构.Ding X.F.等研究者在对高铌TiAl合金凝固组织的研究中发现存在包晶转变，如图5所示为凝固过程中Ti-45Al-8Nb包晶转变形成的典型显微组织［13］.若在L+β→α转变过程中有未转变完的β相，将被包围在α内，将在后续固态相变过程中沿β→α→α2+γ转变为片层组织，但其位向将不同于包围它的片层组织，近似成120°角，如图1(c)中箭头2所示.由此粗大包晶αp晶粒通过固态相变生成一个α2+γ层片晶团，如图1(c)所示.如图2所示，当合金Al含量达到45.7%(如图2中3#所示)后，合金无论室温还是700℃高温抗拉强度都有大幅度的下降.这就是因为合金Al含量达到45.7%后，导致了合金中发生大量的包晶反应，形成大量的如图1(c)的尺寸很大的α2 +γ层片晶团，导致材料的力学性能有大幅度的下降.在TiAl合金中加入W-Nb-B形成Ti-Al -Nb-W-B合金体系后，二元TiAl合金相图中所有这些关键成分点均会发生变化.尤其对于含有高钨铌的多元TiAl合金相比单纯含高铌的多元TiAl合金更难实现均衡的细晶凝固.TiAl合金的细晶凝固的质量控制因所加入的难熔合金的数量和种类的不同而差异很大.钨是高熔点重金属元素，又是强的β相稳定元素［14-16］.添加钨比添加其他合金元素(如铌、铬、锰等)更容易引起合金在凝固时的成分偏聚，枝晶偏聚，更多地在局部范围改变了TiAl合金的固有凝固规律:如初次晶析出L→β和L→α的临界成分点，发生包晶转变L+β→αp和L+α→γp的临界成分点等.因此对于一个五元合金体系，建立这样的相图是一件很复杂的工作，对于具有特定工业价值的某些多元合金，除了借鉴相对应的三元合金相图之外，更有意义的工作是确定其与相图有关的一些关键成分-温度-相变点，用来指导其相应的在科学和技术层面上的发展.本文目的是探索该五元TiAl合金的初次晶L→β和L→α析出和包晶转变:L+β→αp和L+α→γp的关键成分点，以达到确保初次结晶相是β相，同时又避免L+β→αp包晶反应的目的.对于合金元素是Ti-?Al-5Nb-0.9W-1B的合金来说，合金中Al含量低于44.4%时，虽然含有重合金元素钨和铌，但是没有发现大量的包晶反应和包晶组织，同时随着Al含量的增加，合金的性能有一定的增强.但是当Al含量大于45.7%时，凝固过程发生大量的包晶转变，得到晶团尺寸粗大，对应的力学能显著恶化.其它合金元素不变前提下，为控制铸锭凝固过程与力学性能，合金中Al含量应低于45.7%.1.五元TiAl合金(Ti-?Al-5Nb-0.9W-1B)，当Al含量低于44.4%时，随着Al含量的增加，晶粒尺寸呈增加的趋势，室温及高温拉伸强度稍有增加，塑性对Al含量变化不敏感.当Al含量为45.7%时，合金凝固过程中部分区域发生包晶转变，得到的晶粒十分粗大，使其室温及700℃高温抗拉强度下降约200Mpa，但其对应的持久寿命呈增加趋势.2.针对特定成分的五元TiAl合金(Ti-?Al -5Nb-0.9W-1B)，为控制铸锭凝固后的微观组织与力学性能，尽量避开包晶转变区，合金中Al含量应低于45.7%.【相关文献】［1］ Appel F，Oehring M，Wagner R.Novel design concepts for 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钛合金高温氧化参考文献

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Nb微合金化对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢腐蚀疲劳性能的影响

Nb微合金化对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢腐蚀疲劳性
能的影响
田帅;张雪凌;刘振宝;王晓辉;王长军;孙永庆;杨志勇;齐越
【期刊名称】《特殊钢》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】为探讨超高强度不锈钢的应力腐蚀开裂行为,采用Cr-Co-Ni-Mo系超高
强度不锈钢为研究对象,利用OM、XRD、TEM等测试手段,结合腐蚀疲劳试验,研
究了Nb微合金化对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢腐蚀疲劳性能的影响。

结果表明,试验钢在3.5%NaCl溶液中具有一定的应力腐蚀敏感性,其应力腐蚀开裂机理为氢致开裂和阳极溶解的混合机制。

Nb微合金化提高了钢的腐蚀疲劳性能,钢中添加0.11%的Nb后,钢的腐蚀疲劳强度由440 MPa提高至495 MPa,其主要原因是,Nb微合金化可以细化钢的晶粒尺寸,促进钢中不可逆氢陷阱NbC的析出,增加
了钢中原奥氏体晶界总量、小角晶界所占比例、Σ3晶界数量、奥氏体体积分数等。

【总页数】8页(P103-110)
【作者】田帅;张雪凌;刘振宝;王晓辉;王长军;孙永庆;杨志勇;齐越
【作者单位】钢铁研究总院有限公司特殊钢研究院;钢研纳克检测技术股份有限公司;抚顺特殊钢股份有限公司技术中心
【正文语种】中文
【中图分类】TG172
【相关文献】
1.Nb对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度齿轮钢组织和力学性能的影响
2.Nb微合金化对热轧700MPa超高强耐候钢组织和性能的影响
3.Nb微合金化对低合金高强钢耐海水腐蚀性能的影响
4.回火工艺对Nb-Ti微合金化高强度大梁钢性能的影响
5.Nb微合金化对渗碳齿轮钢组织演变及接触疲劳性能的影响
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Nb掺杂对Ti-Al合金化层抗高温氧化性能的影响

Nb掺杂对Ti-Al合金化层抗高温氧化性能的影响戴景杰;张丰云;王阿敏;陈传忠;翁飞【摘要】为提高钛合金TC4的抗高温氧化性能,采用激光表面合金化技术在钛合金表面制备不同Nb掺杂量的Ti-Al合金化层.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、箱式电阻炉等对合金化层的组织结构和高温氧化行为进行分析测试.结果表明,合金化层主要组成物相为TiAl以及少量的Ti3Al相.Nb主要以置换溶质原子的形式固溶于合金化层中.合金化层组织均匀,与基体呈典型的冶金结合,在不含Nb的Ti-Al合金化层中发现大量的表层裂纹及少量的贯穿性裂纹,而在Nb掺杂的合金化层中未发现明显的宏观裂纹.合金化层在800℃保温1000h 的氧化增重显著低于基体,表现出优异的抗高温氧化性能.相比而言,随着Al含量和Nb掺杂量的提高,合金化层的抗高温氧化能力也随之提高.Nb掺杂提高Ti-Al合金化层抗高温氧化性能的作用机理包括减少TiO2中的空位缺陷、细化氧化物颗粒及促进Al2O3的形成.%Ti-Al alloyed coatings with different Nb doping contents were fabricated on TC 4 titanium alloy by laser surface alloying to improve high temperature oxidation resistance of the alloy .Struc-tures and high temperature oxidation behaviors of the alloyed coatings were analyzed and tested by X-ray diffraction (XRD) ,scanning electron microscope (SEM ) ,energy dispersive spectrometer (EDS) and box-type resistance furnace .The results show that the alloyed coatings consist of TiAl and Ti3Al , and no niobium compound are formed in Ti-Al-Nb alloyed coatings .The alloyed coatings are uniform and exhibit excellent metallurgical bonding with the substrates .A large amount of surface cracks and a few penetrating cracks are formed in Ti-Al alloyed coatingwithout Nb doping ,while no obvious cracks are formed in Ti-Al alloyed coating with Nb doping .The oxidation mass gains of all the alloyed coatings were significantly lower than those of the substrate .The alloyed coatings with Nb doping ex-hibit more excellent high temperature oxidation resistance due to the beneficial machanism of Nb do-ping .The mechanism of Nb doping on improving high temperature oxidation resistance of Ti-Al al-loyed coatings includes reducing the defect concentration of TiO2 ,refining oxide grains and promoting the formation of Al2O3 .【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2017(045)002【总页数】8页(P24-31)【关键词】钛合金;Ti-Al合金化层;Nb掺杂;抗高温氧化性能【作者】戴景杰;张丰云;王阿敏;陈传忠;翁飞【作者单位】山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室 ,济南250061;青岛滨海学院机电工程学院 ,山东青岛266555;青岛滨海学院机电工程学院 ,山东青岛266555;青岛滨海学院机电工程学院 ,山东青岛266555;山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室 ,济南250061;山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室 ,济南250061【正文语种】中文【中图分类】TG178自20世纪70年代，航空材料进入钛合金时代。

1以TiAl金属间化合物为支撑体Ni膜和Pd膜的制备

I
摘要
数随着温度的升高而升高，随着膜两侧氢分压差的增大而降低，500℃，0.1 MPa 时，分离系数为 30。本文制备的钯膜透氢的平均活化能为 10.8 kJ/mol。
关键词：多孔
金属膜
镍膜
钯膜
制备
II
硕士学位论文
ABSTRACT
The commercial membrane materials mainly include organic, ceramic and metal at present. Compared to organic membranes and ceramic membranes, metallic membranes offer better mechanical strength, operation at high pressures, resistance to cracking, ease of module fabrication and sealing. This paper investigated the preparation of porous nickel membrane and dense palladium membrane supported on TiAl intermetallic alloy. A composite MF membrane consisting of a nickel layer on a porous TiAl intermetallic compound substrate was prepared using sedimentation method and dip-coating method. For sedimentation method, influences of nickel content on the integrality of the membrane were investigated. The membrane thickness increased and the pore size decreased with increasing nickel content. For dip-coating method, the thickness was in direct proportion to the square root of dip-coating time from 30 s to 60 s and then decreased after 60 s. It was suitable to control dip-coating time 60 s. Influences of the sintering programs were investigated systemically. The optimized sintering temperature was 500℃. Ni/TiAl membrane with smooth surface and a relatively narrow pore size distribution was obtained by dip-coating. The membrane has an average pore size of 0.83 µm, a thickness of about 30 µm. The pure water flux of the membrane was about 6782 L·m-2·h-1and stable filtration flux for CaCO3 suspension was about 380 L·m-2·h-1. The membrane was put in NaOH solution to investigate the alkalescence resistance. After 41 days, the pore size and pure water flux were not changed, which indicated the alkalescence resistance of the membrane was good. Pd membranes supported on TiAl were prepared by electroless plating. The defect-free palladium membrane could be obtained after coating nickel powder and then abrading TiAl supports. It was discovered that the selectivity of the Pd membrane supported on Ni/TiAl sintering in air atmosphere decreased with increasing temperature. The failure of the Pd membrane resulted from reduction of the NiO by

Nb-TiAl 金属间化合物研究现状

Nb-TiAl 金属间化合物研究现状
闫蕴琪;王文生;王文生;张振祺;罗国珍;周廉
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2000(014)007
【摘要】论述了Nb-TiA1系金属间化合物在高温强度及抗氧化性方面已取得的进展。

高熔点组元Nb提高了合金的熔点和有序温度，从而使合金的使用温度达到900°C以上。

该体系合金显示出来的潜力具有代替Ni基合金的趋势。

【总页数】3页(P15-17)
【作者】闫蕴琪;王文生;王文生;张振祺;罗国珍;周廉
【作者单位】西安交通大学材料学院，西安 710049;西安交通大学材料学院，西安 710049;西北有色金属研究院，西安 710016;西北有色金属研究院，西安710016;西北有色金属研究院，西安 710016;西北有色金属研究院，西安 710016【正文语种】中文
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