Nb-Ni-Ti系共晶相平衡研究及Nb基滤氢膜合金设计

通过对Nb-Ni-Ti系相平衡的扩散偶法和合金平衡组织结构分析法的实验研究，确定L→beta(Nb,Ti)+TiNi三相共晶转变的相关信息，包括液相单变量线的走向；确定整个液相单变量线上的三相共晶转变温度和共晶点成分、以及共晶相成分；获得Nb-Ni-Ti合金系1000-1250℃的等温截面相图。利用CALPHAD技术，评估优化相关热力学参数，获得适用于Nb-Ni-Ti系固态和液态相平衡的热力学数据；通过热力学计算，确定具有L→beta+TiNi三相共晶转变的合金中beta相和TiNi相的体积分数及两相的成分；并通过典型合金的定向凝固组织分析，为beta-TiNi双相Nb基滤氢膜合金成分设计与组织控制提供科学依据。

通过对Nb-Ni-Ti系相平衡的扩散偶法和合金平衡组织结构分析法的实验研究，结合热分析，获得了L→beta(Nb,Ti)+TiNi三相共晶转变的热力学信息，确定了Nb-Ni-Ti合金系1000-1250℃的相平衡。利用CALPHAD技术，获得了适用于Nb-Ni-Ti系固态和液态相平衡的热力学数据；设计了合金成分及制备工艺，并通过典型合金的制备与组织分析，为beta-TiNi双相Nb基滤氢膜合金成分设计与组织控制提供科学依据。. Nb-Ni-Ti三元系富Ni角，在1250℃时仍是处于固态相平衡。高温促进了Nb和Ti在Ni中的溶解，1250℃时(Nb+Ti)在Ni基固溶体中的总溶解度可达14.9at.%。Nb和Ti原子的溶入，可使gamma-Ni的晶格常数从纯Ni的a=0.3524nm，增大到约a=0.3604nm。Ti的存在促进了Nb在gamma-Ni中的溶解。. 高温下二元化合物Ni3Nb和TiNi3对第三组元Ti和Nb也有着很大的固溶度。1250℃时Ni3Nb对Ti的固溶度可达9.2 at.%，固溶的Ti原子主要是置换了Ni3Nb相中的Nb原子，而Ni原子基本保持原化学计量比。TiNi3对Nb的固溶度也可达5.4 at.%。. 三元化合物XC和XE在1250℃下都可稳定存在并与Ni基固溶体相平衡。Nb-Ni-Ti三元系富Ni角低于1250℃的等温截面相图中都存在着三相区Ni3Nb+(Ni)+XE和TiNi3+(Ni)+XC。. Ni-Nb二元系在1175℃时存在一个L→Ni3Nb+Ni6Nb7共晶转变，随着第三组元Ti的溶入，共晶转变温度降低。1100℃时，Nb-Ni-Ti系低Ti侧即有L+Ni3Nb+Ni6Nb7的三相区存在。. Ti-Ni二元系在942℃时存在一个L→beta(Ti)+Ti2Ni共晶转变，随着第三组元Nb的溶入，共晶转变温度提高；Ti2Ni相的最高存在温度也由二元系的984℃提高到1045℃以上。. 液相L、beta(Nb,Ti)和TiNi相三相平衡时，随温度的降低beta(Nb,Ti)连续固溶体中的Ni含量几乎不变，而Nb含量逐渐降低；但是三相平衡时TiNi相的平衡成分随温度变化不大。L+beta(Nb,Ti)+TiNi三相区随温度的降低逐渐远离Nb-TiNi连线。