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多层石墨烯与TiAl合金复合材料固相烧结过程中Ti_(2)AlC与Ti_(3)AlC的形成机制

         
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向TiAl合金中添加C元素反应形成的Ti_(2)AlC相与Ti_(3)AlC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→Ti_(2)AlC(Ti_(3)AlC)的包晶反应,但在固相烧结过程中Ti_(2)AlC与Ti_(3)AlC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Ti_(2)AlC与Ti_(3)AlC生成过程中没有TiC参与.进一步计算发现TiC/TiAl,Ti_(2)AlC/TiAl与Ti_(3)AlC/TiAl的界面能分别约为1.2,0.87和0.39 J·m^(2),据此得出Ti_(2)AlC与Ti_(3)AlC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Ti_(2)AlC相,但1250-1350℃界面产物组成为Ti_(3)AlC+少量Ti_(2)AlC相,原因在于烧结温度对基体α相含量存在影响,进而影响Ti_(2)AlC与Ti_(3)AlC的形成倾向.在1150-1250℃,TiAl合金基体由γ+少量α相组成,Ti_(2)AlC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Ti_(3)AlC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Ti_(2)AlC与Ti_(3)AlC的相对含量,进而有望改善TiAl合金的塑性与强度.

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