钨元素调控Ti42Al5MnxW合金中C14 Laves相形成动力学机制及其对βo相稳定性的影响

本文系统研究了W元素添加对Ti42Al5MnxW（x=0-1.0 at.%）合金中C14型Laves相析出行为的调控机制。通过电子探针（EPMA）、热力学计算（PANDAT?）和第一性原理（DFT）证实，W的引入可显著提升Laves相形成能，将其最大体积分数从20%（0W）降至8.3%（1.0W），同时稳定βo相（B2结构）。研究首次建立了等温析出动力学曲线（TTP），为β相固化γ-TiAl（BSG）合金的服役性能优化提供新视角。

　　

Highlight

在含Mn的β相固化γ-TiAl合金中，我们揭示了W元素如何像"分子刹车"一样延缓有害Ti(Mn,Al)₂ Laves相的析出。这种BCC结构的金属间化合物（空间群P6₃/mmc）原本会像"微裂纹孵化器"般损害材料性能，但W通过增强β_o相稳定性，将其析出温度窗口压缩了35%。

Experimental section

实验采用高纯原料（Ti/Al/Mn纯度>99.97wt.%），通过真空感应熔炼（VIM）制备Ti42Al5MnxW（x=0,0.5,0.8,1.0）合金锭。就像调制精密配方，我们严格控制成分偏差<0.3at.%，确保后续相变动力学研究的可靠性。

Effect of W on Laves phase formation

当W含量从0升至1.0at.%时，Laves相就像被施了"生长迟缓咒"：

• 在800°C时效时，峰值析出量从20%骤降至8.3%

• 相界面前沿的Mn/Al偏聚浓度降低42%

• DFT计算显示W-Ti键能比Mn-Ti高1.8eV，像"原子锚"般锁定β_o相结构

Conclusion

这项研究不仅绘制出首张TiAl-W-Mn三元体系的TTP（温度-时间-析出物）图谱，更发现1.0at.%W添加可使Laves相鼻尖温度向高温移动75°C。这为设计抗相变降解的航空发动机叶片材料提供了量化依据。