Transformation of Ti/Al multilayers to the Ti3Al phase aimed at bonding of titanium alloys

• Autorzy: Maj Ł. , Morgiel J. , Szlezynger M. , Pomorska M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2016.5.4

Warianty tytułu

PL

Przemiana wielowarstwowych powłok Ti/Al w fazę międzymetaliczną Ti3Al w celu łączenia stopów tytanu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The freestanding Ti/Al multilayer (with 3:1 the chemical composition ratio) was applied to bond the parts from Ti–6Al–4V alloy. The as-deposited multilayer and the joint obtained with it were characterized with the use of transmission electron microscopy (TEM) method including selected area electron diffraction (SAED) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). It was observed that the annealing at 800°C for 1 h in vacuum of 1 Pa helped to transform Ti/Al multilayer into fine grains (grain size < 1 μm) of Ti3Al acting as a filler material between pieces of Ti–6Al–4V. The resulting joint shows generally good connection with the presence of small porosity both at the filler material/Ti–6Al–4V base material interface (larger) and on the Ti–6Al–4V side (smaller). Additionally, near surface zone of the joint, the parts were strongly depleted of aluminium.

PL

W zależności od ich składu chemicznego wygrzewanie powłok wielowarstwowych z układu Ti/Al prowadzi do wytworzenia struktury złożonej z ziaren faz międzymetalicznych takich jak TiAl, Ti3Al lub Al3Ti. Ze względu na ujemną entalpię tworzenia faz międzymetalicznych reakcji tej towarzyszy silny efekt egzotermiczny. Z tego powodu wielowarstwy Ti/Al wytworzone w postaci tzw. folii wolnostojących mogą zostać zastosowane do łączenia, np. stopów tytanu. Dobór wielowarstw o odpowiednim składzie chemicznym ma kluczowy wpływ na właściwości mechaniczne utworzonego złącza. Głównym celem prezentowanej pracy było wykonanie połączeń stopów Ti–6Al–4V i charakterystyka ich mikrostruktury. Złącza zostały przygotowane metodą spajania dyfuzyjnego z użyciem folii wolnostojących Ti/Al o składzie chemicznym 75% Ti:25% Al (% at.) jako materiału wypełniającego. Mikrostruktura wielowarstw Ti/Al otrzymanych metodą rozpylania magnetronowego oraz uzyskanego złącza została zbadana za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM). Analizę składu fazowego wykonano za pomocą dyfrakcji elektronowej (SAED). Pomiar lokalnego składu chemicznego przeprowadzono metodą spektroskopii promieniowania rentgenowskiego z dyspersją energii (EDS).

Słowa kluczowe

EN

diffusion bonding; Ti/Al multilayers; Ti–6Al–4V alloys; TEM; EDS

PL

złącza dyfuzyjne; wielowarstwy Ti/Al; stopTi–6Al–4V; TEM; EDS

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 37, nr 5
• Strony: 228--232
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., fig.

Twórcy

autor

Maj Ł.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences

autor

Morgiel J.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences

autor

Szlezynger M.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences

autor

Pomorska M.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences

Bibliografia

• [1] Ramos A.S., Calinas R., Vieira M. T.: The formation of γ-TiAl from Ti/Al multilayers with different periods. Surf. & Coat. Techn. 200 (2006) 6196÷6200.
• [2] Ramos A. S., Vieira M. T.: Kinetics of the thin films transformation Ti/Al multilayer → γ-TiAl. Surf. & Coat. Techn. 200 (2005) 326÷329.
• [3] Ramos A. S., Vieira M. T., Morgiel J., Grzonka J., Simőes S., Vieira M. F.: Production of intermetallic compounds from Ti/Al and Ni/Al multilayer thin films — a comparative study. J. All. & Comp. 484 (2009) 335÷340.
• [4] Gavens A. J., Van Heerden D., Mann A. B., Reiss M. E., Weihs T. P.: Effect of intermixing on self-propagating exothermic reactions in Al/Ni nanolaminate foils. J. Appl. Phys. 87 (3) (2000) 1255÷1263.
• [5] Rogachev A. S., Grigoryan A. E., Illarionova E. V., Kanel I. G., Merzhanov A. G., Nosyrev A. N., Sachkova N. V., Khvesyuk V. I., Tsygankov P. A.: Gasless combustion of Ti–Al bimetallic multilayer nanofoils. Comb. Expl. and Shock Waves 40 (2) (2004) 166÷171.
• [6] Trenkle J. C., Koerner L. J., Tate M. W., Walker N., Gruner S. M., Weihs T. P., Hufnagel T. C.: Time-resolved X-ray microdiffraction studies of phase transformations during rapidly propagating reactions in Al/Ni and Zr/Ni multilayer foils. J. Appl. Phys. 107 (2010) 113511.
• [7] Kim J. S., LaGrange T., Reed B. W., Taheri M. L., Armstrong M. R., King W. E., Browning N. D., Campbell G. H.: Imaging of transient structures using nanosecond in-situ TEM. Science 321 (2008) 1472÷1475.
• [8] Ustinov A. I., Falchenko Y. V., Ishchenko A. Y., Kharchenko G. K., Melnichenko T. V., Muraveynik A. N.: Diffusion welding of γ-TiAl based alloys through nano-layered foil of Ti/Al system. Intermetallics 16 (2008) 1043÷1045.
• [9] Cavaleiro A.: Ni/Ti reactive multilayers for joining. PhD thesis. University of Coimbra (2014).
• [10] Ramos A. S., Vieira M. T., Duarte L. I., Vieira M. F., Viana F., Calinas R.: Nanometric multilayers: A new approach for joining TiAl. Intermetallics 14 (2006) 1157÷1162.
• [11] Duarte L. I., Ramos A. S., Vieira M. F., Viana F., Vieira M. T., Kocak M.: Solid-state diffusion bonding of gamma-TiAl alloys using Ti/Al thin films as interlayers. Intermetallics 14 (2006) 1151÷1156.
• [12] Nartova T. T.: Properties of alloys based on the aluminide Ti3Al. Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics 5 (8) (1966) 630÷633.
• [13] Marszalek K. W., Stepien J., Mania R.: Computer controlled system for the magnetron sputtering deposition of the metallic multilayers, Electronics & Telecommunications 60 (4) (2014) 291÷298.
• [14] Lábár J. L.: Consistent indexing of a (set of) SAED pattern(s) with the process diffraction program. Ultramicroscopy 103 (2005) 237.
• [15] Chen B., Xiong H., Sun B., Tang S., Du B., Li N.: Microstructures and mechanical properties of Ti3Al/Ni-based superalloy joints arc welded with Ti–Nb and Ti–Ni–Nb filler alloys. Progress in Natural Science: Materials International 24 (2014) 313÷320.
• [16] Kochmańska A., Lenart S.: Powłoki ochronne na bazie aluminium wytworzone na stopie tytanu. Inżynieria Materiałowa 4 (31) (2010) 1018÷1021.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.