新型高温高Nb-TiAl多孔材料的孔隙形成与相变交互作用机制

The newly developed high-temperature high Nb-TiAl porous intermetallics prepared by powder metallurgy, could avoid poor high-temperature oxidation resistance and poor corrosion resistance of conventional porous metals, and poor weldability and lower strength of porous ceramics. Therefore, this kind of porous intermetallics has broad application prospects in the fields of room/high-temperature filtration, high-temperature insulation and so on. This project suggests that that the pore-formation of high Nb-TiAl porous materials mainly results from an interaction of Kirkendall effect and phase transformation, and two key scientific issues are needed to be solved: the formation mechanism of different-scale pores at different temperature stages and the effect of Nb addition on the pore formation in the high-temperature phase transformation process. These researches are beneficial for exploring the relationship and interaction mechanism between pore-formation and transformation process, and getting the determinants and quantitative relationships of pore size distribution, porosity, and pore morphology. The results could both enrich the theory of pore-formation mechanism of porous ordered intermetallics, and guide the direction of pore control and design of porous intermetallic materials. It has great significance on the development of newly porous intermetallics for different applications and requirements.

新型高Nb-TiAl金属间化合物多孔材料，能较好解决普通金属的高温抗氧化和抗酸碱腐蚀性能差、陶瓷多孔材料难以焊接组件化和强度较差等难点，并可以采用传统的粉末冶金技术制备，因此在常温和高温过滤以及高温隔热等领域具有广泛的应用前景。本基金提出高Nb-TiAl多孔材料的孔隙形成不但是Kirkendall扩散效应造成，而是与相变过程紧密相关，两者交互作用。通过制备过程各阶段的不同尺度孔隙的形成机制及影响因素和Nb元素对于在高温相变过程对微观孔隙演变过程的影响规律关键科学问题的解决，探索孔隙形成过程与相变过程的联系，得出孔隙形成与相变交互作用机制，最终得到影响孔隙孔径分布、孔隙率以及孔隙形貌的决定因素和定量关系。这既丰富有序金属间化合物多孔材料的孔隙生长机制的理论，又将会指导该类金属间化合物多孔材料的孔隙控制和设计，对开发不同功能的新型金属间化合物多孔材料具有重大意义。

高Nb-TiAl金属间化合物比传统的TiAl合金有更高的室温/高温强度和高温抗氧化性。而新型高Nb-TiAl金属间化合物多孔材料，能较好解决普通金属的高温抗氧化和抗酸碱腐蚀性能差、陶瓷多孔材料难以焊接组件化和强度较差等难点，并可采用传统的粉末冶金技术制备，因此在常温和高温过滤以及高温隔热等领域具有广泛的应用前景。本基金提出高Nb-TiAl多孔材料的孔隙形成不但 Kirkendall扩散效应造成，而是与相变过程紧密相关，两者交互作用。通过制备过程各阶段的不同尺度孔隙的形成机制及影响因素和Nb元素对于在高温相变过程对微观孔隙演变过程的影响规律关键科学问题的解决，探索孔隙形成过程与相变过程的联系，得出孔隙形成与相变交互作用机制，最终得到影响孔隙孔径分布、孔隙率以及孔隙形貌的决定因素和定量关系。取得的主要创新成果如下：.（1）采用元素粉末反应成功合成了不同孔径和孔隙率的高Nb-TiAl多孔和梯度多孔合金，这些合金都拥有典型的γ-TiAl/α2-Ti3Al 片层组织和近全开孔结构，综合力学性能高，同时具有优异的渗透性；.（2）揭示了Nb元素对高Nb-TiAl合金多孔材料空隙形成过程的影响规律，得出孔隙形成与相变交互作用机制；.（3）采用化学腐蚀的方法成功在Ti-48Al-6Nb多孔合金表面制备出γ-Al2O3纳米孔层，层厚为200nm、孔径为60±10nm，使得整个材料的比表面积增加到0.25m2/g，并揭示了纳米孔的形成机理。.（4）对具有γ-Al2O3纳米多孔层的多孔高Nb-TiAl合金进行了电化学性能测试发现，γ-Al2O3纳米多孔层具有远大于基体的容抗和阻抗值，使得Ti-48Al-6Nb多孔合金具有更强的耐电化学腐蚀的能力。. 以上成果既丰富有序金属间化合物多孔材料的孔隙生长机制的理论，又将会指导该类金属间化合物多孔材料的孔隙控制和设计，对开发不同功能的新型金属间化合物多孔材料具有重大意义。