第30卷第7期 2011年7月
特约专栏
中国材料进展 MATERIALS CHINA
近净成形Ti-A1多孔金属间化合物的
孔隙形成及生长的演变机制
江，贺跃辉，杜勇，黄伯云（中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南长沙410083）
Vol 30No.7 Jul.2011
摘要：近净成形Ti-AI金属间化合物多孔材料具有优异的特性，但制备过程中由于Ti，AI元素粉末反应合成及孔欧演变的复杂性，导致这种新型多孔材料的孔结构很难控制。通过对Ti，A1元素粉末在反应合成过程中的显微结构、物相以及孔结构进行观测和分析，揭示了近净成形Ti-AI多孔金属间化合物的孔欧形成及生长的演变过程。结果表明，在AI元索两阶段的偏扩散过程中，在快速扩散组元AI的位置，在Kirkendall效应以及与孔径成反比的张应力的共同作用下，Ti-Al合金多孔材料中的Kirkendall孔除随着Al元素的快速扩散逐渐长大：Ti-AI合金多孔材料中的Kirkendall孔隙是以生坏中Al颗粒的变形形状为模板进行生长并连通，经烧结驱动力微观调整后随合金成分的均勾化而被稳定下来，形成由大量高度连通孔隙和很少一部分细小闭合孔隙组成的孔结构。
关键词：近净成形；Ti-Al金属间化合物；多孔材料；扩散；Kirkendall孔隙
中图分类号：TG146.2*3
文献标识码：A文章编号：16743962(2011)07-0033-06
Pore Formation and Growth Mechanism of Near-Net-ShapingTi-AlIntermetallic CompoundPorous Material
JIANG Yao,HE Yuehui,DU Yong,HUANG Baiyun
( State Key Laboratory for Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China)
Abstract: Near-net-shaping Ti-Al intermetallic compound porous material has excellent properties. However, the com-plexity of pore evolution during the reactive synthesis of Ti/Al elemental powders leads to the deficiency of the pore struc-ture controllability. In order to reveal the pore formation and growth mechanism of near-net-shaping Ti-Al intermetallic compound porous material, the microstructure, phase evolution and pore structure during the reactive synthesis of Ti/Al elemental powders were investigated thoroughly and detailedly. The results show that the Kirkendall pores in porous Ti-Al alloy formed at the site of Al element in both Al metal and TiAl, phase during two fast diffusion stages of Al. The pores be-gan to grow due to the eoactions of the Kirkendall effect and the existence of tensile stress with inverse ratio to the pore di-oe so ad earaeneo oao esae grew to connect with each other. After being stabilized with the uniform procedure of alloy composition, the pore structure showed the characteristics of a combination of highly connected pores and a few closed pores.
Key words : near-net-shaping; Ti-Al intermetallic compounds; porous material; diffusion; Kirkendall pores
1前言
金属间化合物多孔材料具有优异的材料特性[1-1]，如良好的抗多种流体介质的腐蚀性能[1-3]，抗高温氧化/硫化性能[4}，以及良好的室/高温力学性能，可机加
收稿日期：201104-18
基金项目：国家自然科学基金杰出青年科学基金项目
（50825102）；973基础研究项目（2011CB605505）；国家自然科学基金创新团队和面上项目（50721003， 51071178)
通信作者：贺跃辉，男，1963年生，教授，博士生导师
工和可密封焊接性能[3-1]，兼具陶瓷材料和金属材料的性能等优点。目前，金属间化合物多孔材料的合成方法有合金法[*和元素法[9-14]2种。合金法以金属间化合物预合金粉末为原料，添加一定的成形剂或造孔剂，通过粉末压制成形和烧结制备多孔体。元素法以成本低且压制性好的金属元索粉末为原料，利用元索粉末之间的反应放热和Kirkendall效应来制备多孔体[11-14]。与合金法相比，元素法主要具有如下特点：①制备流程较短，主要工序为冷压和烧结，无烧结前脱脂工艺，避免了大量有机脱脂剂的排放，具有绿色环保特征；②避免了采用昂贵的合金粉作为原料，采用成本低廉的元素粉末，冷压成形性好，降低了生产成本；③在烧结过程利用了元