·160 北京科技大学学报 第29卷 (a) (b) ◆Ti,Si 。Ti 援 -1188 600 800100012001400 20 30 40 50 60 70 80 温度K 2W(°) 图540%Si十60%i粉末的DTA曲线(a)及相应的XRD分析(b) Fig-5 DTA curve of the mixture of 40%Si+60%Ti heated at 20K-min under an argon atmosphere (a)and its XRD (b) 通过上面的分析，低氧压熔结A1Si涂层的熔 硅化合物. 结过程和机制（图6）可描述如下， 界面间的反应： 培化的铝 TiAl3S)十(AlSi)(L一→(TiSi)s)+Al(9) 涂层中的反应： (AlSi)L)十Tis,一(TiSi)S)+AlL)(10) 和/或 T万-Si或Ti-AS1孔洞 (Al-Si)(L)+TiAl3(s)(Ti-Si)(s)+Al(L) (11) 事实上，从热力学的观点来看，在高温的条件下 下列反应可以发生： Ti+3A1一TiAl3 (12) 图6低氧压熔结ASi涂层的示意图 Fig-6 Schematic of the Al-Si fusing coating process using mixed Ti+3/5Si-1/5TisSi3 (13) Al+Si powders TiAl3+3/5Si1/5TisSi3+3Al (14) (1)把A1粉、Si粉和适量有机粘结剂按比例混 其中反应式(12)和(13)的吉布斯自由能（△Gz和 合均匀后制成料浆，均匀地涂在钛合金试样表面上， △G13)可通过参考文献[10]计算出来，△G2= 自然晾干后，Al、Si颗粒均匀地分布在在合金的 △Gu,-3△GA-△G,△G13=1/5△G- 表面， △G%:-3/5△G9,而反应式(14)的吉布斯自由能 (2)当温度升高到933K时，A1粉开始熔化. (△G14)可通过下列式子计算出来，△G14=△G13一 熔化的铝液开始浸润钛合金和$颗粒表面，而被液 △G12·各△G的值与温度的关系如图7所示. 态铝包裹的硅颗粒逐渐地溶解转变为液态的铝硅 20 合金 △G14 Als)→AlL) (6) 三 -20 Al(L)+Si(s)(Al Si)(L) (7) -40 (3)随着温度的升高，基体中的Ti原子开始大 裂 -60 -80 量的向外扩散，和浸润在钛合金表面的ASi合金 -100。 反应形成一层由钛铝金属间化合物构成的扩散层， 0-120 △G: 400 800 1200 其厚度随熔结时间的延长而增加 1600 温度K TiS)十(AISi)L)TiAl3S)十(AlSi)L)(8) (4)随着液态的铝硅合金中Ti的浓度和熔结 图7吉布斯自由能（△G)与温度的关系 Fig.7 Change of Gibbs energy (AG)with temperatures 温度的升高，由于硅和钛的亲和力比铝和钛的亲和 力要强，在界面处，固溶在扩散层中的S和向外扩 由图7可知，△G12和△G13在熔结的过程中恒 散的钛原子发生反应形成一个富硅层；而在涂层中， 为负值.当温度低于1000K时，△G12<△G13,暗示 由于ASi合金中的Si和TiAl3发生反应而形成钛 着TiAl3更易优先反应：而当温度高于1000K时，图5 40％ Si＋60％ Ti 粉末的 DTA 曲线（a）及相应的 XRD 分析（b） Fig．5 DTA curve of the mixture of40％ Si＋60％ Ti heated at20K·min －1under an argon atmosphere （a） and its XRD （b） 通过上面的分析‚低氧压熔结 Al－Si 涂层的熔 结过程和机制（图6）可描述如下． 图6 低氧压熔结 Al－Si 涂层的示意图 Fig．6 Schematic of the Al－Si fusing coating process using mixed Al＋Si powders （1） 把 Al 粉、Si 粉和适量有机粘结剂按比例混 合均匀后制成料浆‚均匀地涂在钛合金试样表面上‚ 自然晾干后‚Al、Si 颗粒均匀地分布在在合金的 表面． （2） 当温度升高到933K 时‚Al 粉开始熔化． 熔化的铝液开始浸润钛合金和 Si 颗粒表面‚而被液 态铝包裹的硅颗粒逐渐地溶解转变为液态的铝硅 合金． Al（S） Al（L） （6） Al（L）＋Si（S） （Al－Si）（L） （7） （3） 随着温度的升高‚基体中的 Ti 原子开始大 量的向外扩散‚和浸润在钛合金表面的 Al－Si 合金 反应形成一层由钛铝金属间化合物构成的扩散层‚ 其厚度随熔结时间的延长而增加． Ti（S）＋（Al－Si）（L） TiAl3（S）＋（Al－Si）（L） （8） （4） 随着液态的铝硅合金中 Ti 的浓度和熔结 温度的升高‚由于硅和钛的亲和力比铝和钛的亲和 力要强‚在界面处‚固溶在扩散层中的 Si 和向外扩 散的钛原子发生反应形成一个富硅层；而在涂层中‚ 由于 Al－Si 合金中的 Si 和 TiAl3 发生反应而形成钛 硅化合物． 界面间的反应： TiAl3（S）＋（Al－Si）（L） （Ti－Si）（S）＋Al（L） （9） 涂层中的反应： （Al－Si）（L）＋Ti（S） （Ti－Si）（S）＋Al（L） （10） 和／或 （Al－Si）（L）＋TiAl3（S） （Ti－Si）（S）＋Al（L） （11） 事实上‚从热力学的观点来看‚在高温的条件下 下列反应可以发生： Ti＋3Al TiAl3 （12） Ti＋3／5Si 1／5Ti5Si3 （13） TiAl3＋3／5Si 1／5Ti5Si3＋3Al （14） 其中反应式（12）和（13）的吉布斯自由能（ΔG12和 ΔG13） 可通过参考文献 ［10］ 计算出来‚ΔG12＝ ΔG 0 TiAl3 －3ΔG 0 Al － ΔG 0 Ti‚ΔG13 ＝1／5ΔG 0 Ti5 Si3 － ΔG 0 Ti－3／5ΔG 0 Si‚而反应式（14） 的吉布斯自由能 （ΔG14）可通过下列式子计算出来‚ΔG14＝ΔG13－ ΔG12．各ΔG 的值与温度的关系如图7所示． 图7 吉布斯自由能（ΔG）与温度的关系 Fig．7 Change of Gibbs energy （ΔG） with temperatures 由图7可知‚ΔG12和 ΔG13在熔结的过程中恒 为负值．当温度低于1000K 时‚ΔG12＜ΔG13‚暗示 着 TiAl3 更易优先反应；而当温度高于1000K 时‚ ·160· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷