铝/钛液固界面扩散过程研究

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铝钛复合材料不仅拥有铝和钛的各种优异性能,而且密度位于铝和钛之间、兼有铝的优异的导热性能,因此,被广泛的应用于航空航天、石油化工、核能、建筑等诸多领域。目前,铝钛复合板的生产方法主要有轧制复合法、爆炸焊接法和真空扩散焊接法、连续铸轧法等。其中,连续铸轧法属于液固复合法,铝和钛在铸轧区实现复合,与传统方法相比,它具有短流程、投入少、效率高等优点,具有明显优势和很大的工艺实现潜力。铸轧区铝和钛的扩散及反应过程将在很大程度上影响着铝钛复合板的接头性能,因此,研究复合过程中铝和钛的扩散及反应过程将有助于获得性能优异的铝钛复合板。本文选用纯钛带和纯铝为实验材料,根据连续铸轧过程相关工艺参数,确定了铝/钛液固界面扩散的工艺参数,研究了不同铝液温度、不同保温时间、不同钛板预热温度、均恒磁场和脉冲电流对Al/Ti液固界面组织结构和扩散溶解层厚度的影响。论文得到以下结果:(1)不管是常温钛板还是预热到150℃的钛板,在680℃、700℃、720℃的铝熔体中保温不同时间后,Al/Ti扩散溶解层的厚度都随着保温时间的增加而增加,界面处的组织基本相同,均看不到明显的化合物层。(2)当保温时间为1s时,铝钛界面没有发生互扩散;当保温时间超过3s时,Al/Ti扩散溶解层的厚度与保温时间基本呈幂函数关系,扩散溶解层的生长指数在0.25和0.5之间,说明Al/Ti扩散溶解层的生长受晶界扩散和体扩散共同控制;在本文的实验条件下,TiAl3是界面处最早析出且是唯一析出相。(3)在扩散过程施加磁场条件下,Al/Ti扩散溶解层的厚度变薄,界面处变得凹凸不平。磁场增大了原子扩散所需的激活能,从而抑制了 Al/Ti扩散溶解层的生长。(4)在扩散过程施加脉冲电流后,Al/Ti扩散溶解层的厚度变厚,且TiAl3的孕育期缩短。当保温时间为2s时,界面处就出现了金属间化合物,且部分金属间化合物脱离界面扩散到铝基体中。脉冲电流在铝熔体中产生的强制对流有效的促进了 Al/Ti扩散溶解层的生长。(5)在本实验研究参数范围内,铝合金熔体温度为680~720℃条件下,通过控制外场、钛板预热等条件都能满足铸轧复合工艺的要求,实现钛铝界面的冶金结合。
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