摘要：本文使用扫描电子显微镜，X射线衍射仪和能谱分析技术来分析在830℃和930℃两种不同温度下的TiAl基金属间化合物Ti-48A1-2Cr-2Nb（at，％）。初步的研究了它的高温氧化行为。实验结果表明，Ti-48A1-2Cr-2Nb合金随着氧化温度的升高，抗氧化性减弱；通过对对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金氧化膜进行XRD物相分析得知氧化膜由TiO2和Al2O3组成，将二者的含量进行对比发现TiO2的量更多更明显；通过分析合金氧化膜的SEM表面形貌，发现氧化膜中颗粒比较大的是TiO2，颗粒小的则是Al2O3；SEM二次电子像主要反映样品表面10nm左右的形貌特征，分辨率高，对表面形貌比较敏感，凹凸不平的地方衬度较高，形成亮区，反之形成暗区，通过分析合金氧化膜的SEM横截面形貌得知氧化膜是分层结构，上层由TiO2组成，下层为TiO2和Al2O3的混合层。

关键词： TiAl基金属间化合物；抗氧化性；氧化膜

Study on the High Temperature Oxidation Behavior of a TiAl Intermetallic Compound

Abstract:This article uses scanning electron microscopy, X-ray diffractometry and energy spectrum analysis techniques to analyze TiAl-based intermetallic compounds Ti-48A1-2Cr-2Nb (at,%) at two different temperatures of 830°C and 930°C. A preliminary study of its high temperature oxidation behavior. The experimental results show that the oxidation resistance of Ti-48A1-2Cr-2Nb alloy decreases with the increase of oxidation temperature; the XRD phase analysis of Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy oxide film shows that the oxide film is composed of TiO2 and Al2O3 composition, the content of the two were compared and found that the amount of TiO2 is more and more obvious; by analyzing the SEM surface morphology of the alloy oxide film, it was found that the oxide film in the larger particles is TiO2, the smaller particles is Al2O3; SEM II The secondary electron image mainly reflects the topography of the sample surface with a resolution of about 10 nm. It has a high resolution and is sensitive to the surface topography. The irregularity has a high local contrast and forms a bright area, whereas a dark area is formed. The SEM of the alloy oxide film is analyzed. The cross-sectional topography shows that the oxide film is a layered structure, the upper layer is composed of TiO2, and the lower layer is a mixed layer of TiO2 and Al2O3.

Keywords: TiAl-based intermetallic compounds; oxidation resistance; oxide films

目 录

1 绪论 1

1.1 金属间化合物 1

1.2 金属的氧化行为 3

1.2.1 纯金属的氧化 3

1.2.2 合金的氧化 3

1.3 合金元素对金属间化合物高温氧化行为的影响........................................................ 4

1.4 氧化铝的结构 4

1.5 TiA1的高温氧化 5

1.5.1 TiA1合金的长期氧化行为 5

1.5.2 其他处理手段对TiAl合金高温氧化行为的影响 6

1.6 本论文的研究目的、意义 6

2 实验方法 8

2.1 实验合金 8

2.2 实验内容 8

2.2.1 样品制备以及实验准备工作 8

2.2.2 高温氧化实验 9

2.2.3 实验样品氧化层的表征手段 10

2.3 实验设备 10

2.3.1 马弗炉（高温箱式电阻炉） 10

2.3.2 扫描电镜(scanning electron microscope，SEM) 11

2.3.3 X射线衍射仪 12

2.3.4 镶嵌机 13

3 实验结果与讨论 14

3.1 TiAl合金氧化物的XRD数据物相分析 14

3.2 TiAl合金氧化膜的形貌分析 16

3.2.1 TiAl合金氧化膜的表面形貌分析 16

3.2.2 TiAl合金氧化产物的能谱分析 24

3.3 TiAl合金氧化膜横截面分析 27

4 结论 29

致 谢 30

参考文献 31

1 绪论

1.1 金属间化合物

金属间化合物是金属或金属与一些非金属形成的化合物,两种金属的原子按一定比例化合,形成与原来两者的晶格均不同的合金组成物。金属间化合物能形成新的有序超点阵结构，具有与原金属不同的结晶结构和原子结构，而有别于目前广泛应用的金属或合金。在近几十年里得到了快速发展，应用领域也在逐渐扩大。由于具有优于高温合金的耐热性、高的比强度、高的比寿命、高的导热性和高的抗氧化性，以及具有优于陶瓷材料的韧性和良好的热加工性而受到广泛关注，尤其受到航空部门的青睐。金属间化合物作为电磁材料是功能材料的一个分支，广泛应用于能源、通讯等领域，制成的磁性元器件具有多种功能，如转换、传递、处理信息和存储能量等。常见的金属间化合物见表1.1: