1.1 引言

随着时间的发展，我国的航空航天事业飞速发展，正因为如此，对于航天器的材料的选择也变得越来越重要，需要进一步减轻发动机，各个零件的自重，提高发动机的热效率，这就需要探索更优异的发动机结构材料。TiAl合金的室温模量约为176GPa，密度远低于Ni基合金，抗蠕变性能和弹性模量均优于Ti合金，正常的使用温度接近900℃，这些因素足以弥补Ni合金和Ti合金的许多不足。因此TiAl基合金一直受到研究者的重视^[1,2]，逐渐成为航空航天事业中耐高温的常用材料。

各国研究人员在TiAl基合金的构效关系、成分设计以及组织控制等方面的研究获得了一些有意义的成果，使TiAl基合金的力学性能，弹性性能等方面得到明显提高。根据现有科学家的研究表明，Al含量的减少，通常能提高TiAl基合金的强度，但同时也降低了合金的延展性和高温抗氧化性。TiAl基合金的组织和性能极大地依赖第3合金元素，添加适量的Cr、Mn、V等过渡族元素能有效的改善TiAl基合金的塑性；添加少量的W，Mo，Si，C等元素有助于改善合金的抗蠕变能力；B元素通常能细化晶粒，少量添加能提高TiAl合金在高温条件下的稳定性^[3]；添加Mn元素使得Ti-Ti键d-d电子的相互作用得到强化，同时减弱了Ti-Al键d-p电子的相互作用，从而提高TiAl基合金的延展性^[4]。

以钛铝化合物TiAl为基的高温钛合金的最大优点是高温性能好（它们的最高使用温度为982℃）、抗氧化能力强、抗蠕变性能好和重量轻（它们的密度与钛合金相当，只有镍基高温合金的1/2），这些优点都使TiAl合金成为了科学家争相研究并以后成为航空航天业的最具竞争力的材料^[5] 。

1.2 TiAl的应用及现状

1.2.1TiAl基本介绍

第一代Al含量在45%～48%的γ-TiAl基合金，具有相对平衡的延性、抗蠕变和抗高温氧化性能^[6]。第二代TiAl基合金添加了少量（1%～3%）合金元素（如V、Hf、Cr和Mn），显著提高了合金的延性，其中合金元素Cr的效果最为明显。

TiAl金属间化合物晶胞结构的层状刚性构架特征是导致其具有高硬度、抗蠕变性能好等优点的本质因素，但同时也导致了其在脆性和热稳定性上有着严重的缺陷。在TiAl中添加W、Si、Mo、Ta和Nb等耐火元素可以增强TiAl合金抗蠕变和耐高温性能^[7-9]在TiAl晶胞中掺杂Nb、Mo、V、Cr、Si等合金化元素，从而改变晶胞成分，可以分析如何在尽可能提高TiAl金属间化合物基合金的硬度和稳定性等物理性质的同时，改变其电子分布的晶格结构，减少晶界面处的堆垛层错，改善其脆性等不利于工业应用的性能。如果TiAl合金的稳定性和脆性等弱势性能得以改善或解决，这种高温条件下具有高硬度、抗蠕变性能好、抗氧化能力强和重量轻等优势性能的材料将在飞机发动机的压气盘叶片和机匣等关键部位的适用条件和使用寿命等方面的工艺改进和应用中发挥更重要的作用。

1.2.2TiAl的应用