《表1 Ti1100合金与[Al- (Ti13.7Zr0.15Hf0.15) ] (Al0.69Sn0.18Si0.1 (Mo/Ta/Nb) 0.03) 系列合金成分、组织、硬度、氧化增重及腐蚀电压》

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《微量元素添加对Ti1100合金的高温抗氧化及耐蚀性能影响》

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Ti1100高温钛合金具有良好高温蠕变性能，其显微组织为片层β转变组织，使用温度为600℃[16]。合金成分为Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si，对应的原子分数为Ti85.36Al10.52Sn1.10Zr2.07Mo0.2Si0.76（at%）。由于合金组织体现为片层的β转变组织，故在高温下，应为bcc-β相，由此作者采用bcc固溶体中的团簇结构模型来解析Ti1100合金成分。合金化元素与基体Ti之间的交互作用强弱由混合焓?H大小来表征，由此可确定合金化元素在团簇成分式中的占位:Al、Si和Sn由于和Ti具有大的负?H（?HTi-Al=-30 k J/mol，?H Ti-Si=-49 k J/mol，?H Ti-Sn=-21 k J/mol），优先占据团簇心部；而与Ti具有弱交互作用的Mo、Ta和Nb占据连接原子位置（?H Ti-Mo=-4 k J/mol，?H Ti-Ta=1 k J/mol，?HTi-Nb=2 k J/mol）；Zr和Hf由于与Ti为同族元素，则与Ti共同占据团簇壳层。对于Ti1100合金成分，固定（Ti+Zr）总量在团簇成分式中为14个原子，则利用各合金化元素含量与（Ti+Zr）总量的比值就可确定其在团簇式中的原子个数，为Al1.69Sn0.18Si0.12（Ti13.7Zr0.3）Mo0.03=[Al–（Ti13.7Zr0.3）]（Al0.69Sn0.18Si0.12Mo0.03），此时多余的Al与其它元素都位于连接位置，且连接原子总数为1.02，恰对应bcc固溶体团簇最密堆垛的结构模型，即连接原子x=1的情形。因此，在此团簇成分式基础上，利用相似元素等比例替代原则添加更多微量元素[17，18]，即Hf替代Zr，Ta/Nb替代Mo，从而形成多个微量元素共同合金化的新合金系列[Al–（Ti13.7Zr0.15Hf0.15）]（Al0.69Sn0.18Si0.1 （Mo/Ta/Nb）0.03） ，其中连接原子个数总数为x=1。表1给出了该系列合金的团簇成分式及质量分数，同时将Ti1100作为参比合金，即No.1合金；固定其它元素不变，Zr0.15Hf0.15替代Zr0.3时形成No.2合金；在此基础上，Ta0.03和Nb0.03分别替代Mo0.03时形成No.3和No.4合金；Ta0.015Nb0.015等比例替代Mo0.03时为No.5合金，Mo0.01Ta0.01Nb0.01等比例替代时为No.6合金。此处微量合金化元素的等比例替代采用了高熵合金化的原理[17，18]，等摩尔比例合金化是目前一个行之有效的合金设计方法，在很多体系中出现。