【摘 要】
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近年来,伴随着能源以及智能设备需求量的不断增加,相应的对设备所需材料的性能要求也日益提升,这就对传统的铸造工艺提出了挑战,该背景下,定向凝固技术逐渐引起了人们的关注。此外,随着航空航天的发展,对高温合金的性能要求也越来越高,Ti基和Co基合金因具有很好的耐高温,耐腐蚀,磁性性能而被广泛使用到航空航天,电子工业等行业,向上述二者中添加适量Nb合金还可以形成具有特殊用途的三元Nb-Ti-Co合金,例如
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（项目批准号:51761009和51701048）； 广西自然科学基金项目（项目批准号:2020GXNSFAA159163）； 广西信息材料重点实验室基金项目（项目批准号:191021-Z）；
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近年来,伴随着能源以及智能设备需求量的不断增加,相应的对设备所需材料的性能要求也日益提升,这就对传统的铸造工艺提出了挑战,该背景下,定向凝固技术逐渐引起了人们的关注。此外,随着航空航天的发展,对高温合金的性能要求也越来越高,Ti基和Co基合金因具有很好的耐高温,耐腐蚀,磁性性能而被广泛使用到航空航天,电子工业等行业,向上述二者中添加适量Nb合金还可以形成具有特殊用途的三元Nb-Ti-Co合金,例如渗氢合金、形状记忆合金。不过,关于该三元合金体系完整相图以及定向凝固组织转变规律的研究鲜有文献报道,亟待研究。因此,本论文选取Nb-Ti-Co三元合金体系,首先对其开展相图热力学计算研究工作,而后优选合金成分并结合定向凝固工艺研究其组织演化规律,最后探究了Ti/Co比率对于合金凝固路径、显微组织和渗氢性能的影响。即:从相图（CALPHAD）热力学计算软件入手,结合SEM、SRD、硬度测试和渗氢实验等手段对其相图、显微组织演化、凝固路径和氢传输性能等进行了详细的研究,具体的研究内容如下:1.利用Thermo-Calc软件构建了Nb-Ti-Co三元合金富Nb角相图,得出相图中三元四相平衡反应等重要信息,并提出微观偏析统一模型,最后通过XRD和SEM等实验手段验证了相图计算结果,证明共晶点的存在,丰富了Nb-Ti-Co三元相图的凝固模型。2.围绕Nb-Ti-Co合金体系进行定向凝固凝固行为的研究,着重探讨合金成分和不同抽拉速率对合金组织和凝固路径的影响规律。主要分析了不同抽拉速率对定向凝固合金各部分显微组织的影响以及定向凝固组织演化。研究结果表明:随着抽拉速率的增加,包共晶和共晶间距逐渐减小,硬度也随之增加,说明定向凝固对组织有明显的细化作用,并且提高了合金的硬度。3.研究Ti/Co比率对Nb-Ti-Co合金凝固路径及渗氢性能的影响,结果表明Ti/Co比对凝固方向有显著影响但对凝固结构的影响很小。随着Ti/Co比的减小,初生BCC-Nb相的体积分数减小,而共晶相增加,随着这些变化,Φ值逐渐增加。这与氢扩散系数以及氢吸收能密切相关。通常,Nb45Ti25Co30合金的Φ值为Nb45Ti27.5Co27.5(Nb45Ti30Co25)的1.03（～1.08）倍。这可以归因于氢扩散活化势垒的减少和氢吸附能的较小。此工作证明了具有较高Φ值的Nb-TiCo多相合金仍然可以通过适当的优化合金成分组成来得到,如Ti/Co比。
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