TiNbTaZr高熵合金与Ti150钛合金扩散连接界面微观结构调控及力学性能强化机制

这篇研究通过扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)系统表征了Ti150钛合金与TiNbTaZr高熵合金(HEA)在850-975°C/15MPa/60min条件下的扩散连接行为。研究发现界面形成α-Ti/β-Ti/(Ti,Zr)6Si3颗粒相区（Region I）和BCC结构高熵固溶体区（Region II），950°C时接头剪切强度达521MPa，断口分析显示韧窝主导的延性断裂机制，为航空发动机异质材料连接提供了重要指导。

　　

Highlight

本研究在850-975°C温度范围内，成功实现了Ti150钛合金与TiNbTaZr高熵合金(HEA)在15MPa压力下60分钟的扩散连接。通过扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)等先进表征手段，揭示了接头界面由两个特征区域构成：Region I以α-Ti、β-Ti和(Ti,Zr)₆Si₃颗粒相为主，Region II则为具有高熵特性的体心立方(BCC)结构固溶体。温度对力学性能影响显著，950°C时获得峰值剪切强度521MPa。断口分析显示典型的韧窝形貌，证实了优化温度下界面连接的强化机制。

典型界面微观结构

图4展示了950°C/15MPa/60min条件下TiNbTaZr/Ti150接头的显微组织。整个界面可划分为两个明显区域：Region I主要由针状A相和B相组成。能谱(EDS)分析表明这些相富含Ti和Al，并含有微量Nb、Zr、Mo、Sn和Ta。结合文献可知，A/B相分别对应α-Ti和β-Ti相。

结论

(1) 首次实现了Ti150钛合金与TiNbTaZr高熵合金的直接扩散连接，温度窗口850-975°C；

(2) 界面形成独特的双区结构，包含传统钛合金相和高熵固溶体；

(3) 950°C时获得最优力学性能，剪切强度达521MPa；

(4) 断口分析揭示了温度依赖的界面强化机制。