文 献 综 述

lt;!--[if !supportLists]--gt;1. lt;!--[endif]--gt;引言

钛合金的密度小，比强度^[1]、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力的结构材料。近年来，钛合金在航空航天领域^[2]、舰艇及兵器等军品制造、海洋工程、石油化工和生命科学材料等领域得到了非常广泛的应用，在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力。

为了满足钛合金的加工和使用性能，在其中添加其他的金属元素(例如：Al、V、Zr、Mo、Fe、Cr、Mn等)。其中，Al元素为α相稳定元素，对提高钛合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果；Mn元素是β相稳定元素，能够降低Ti合金的α/β相转变点。另外，通过合金化方法，在纯Ti中加入Mn可以形成金属间化合物，同时起到固溶强化和析出强化的作用，提高Ti合金的强度与耐磨性。

在钛合金的生产和使用过程中，有许多问题与扩散有关，例如：钛合金的熔炼及结晶，偏析与均匀化，热处理中的相变，冷变形后的回复与再结晶等。此外，许多钛合金热处理工艺及强化机制都会受到扩散过程的控制。同时，材料扩散行为的研究对于合金设计有着非常重要的作用。

2011年美国总统奥巴马在卡耐基#8226;梅隆大学演讲时提出了”材料基因组计划”。他的目标就是将先进材料的发现、开发、制造和使用的速度提高一倍。材料基因组计划提倡的不只是开发和应用计算材料科学，更是使用集成计算工具、实验工具和数据库来加快材料的设计和应用。中国也已经开始了材料基因组计划。材料的扩散系数是材料基因组计划数据库中必不可少的一部分，扩散偶的方法^[3]可以完成对浓度区域内合金的快速熔炼快速测试，在连续成分浓度内的合金成分都能网罗其中，从而推进新材料的研发。

计算机模拟是一种成本极低、有效的研究二元体系扩散控制过程的方法。Calphad(Calculation of phase diagram)^[4]技术为我们提供一个研究材料的扩散动力学的思路。在丰富实验数据的基础上，结合相关的热力学参数，可以评估并获得一个体系的扩散动力学参数。并进一步在所获得的扩散动力学参数的基础上，结合以Calphad为基础的热力学描述，可以预测更深层次的扩散行为，如半无限扩散偶浓度曲线、Kirkendall面微观组织的稳定性以及点阵面的移动等。

科学家们通过扩散偶技术，利用电子探针分析仪(EPMA)，研究二元、三元合金在单相区的互扩散行为的方法已经非常成熟。冯亮^[5]等采用Den Broeder方法及Hall修正法计算Ti-Zr二元合金的互扩散系数，其范围为10^-14~10^-12 m²/s，并计算了其扩散激活能Q和频率因子D₀。用Vignes-Birchenall方法计算Ti-Zr二元合金在扩散组元极限浓度处的杂质扩散系数。甚至有科学家采用DICTRA软件，对实验所得扩散数据进行了临界评估以产生三元合金系统的BCC相的原子迁移率。从计算的扩散系数和实验扩散系数之间进行的综合比较，验证其一致性，从而达到对三元体系扩散行为的模拟、预测的目的。

钛合金中的许多热处理工艺、强化机制以及绝大多数的相转变取决于复杂的扩散过程。对扩散过程的分析和模拟可以预测先进材料的相关性能，有助于提前改进相关工艺。研究Ti-Al-Mn合金的扩散行为，可以为研究钛合金多元体系扩散提供基础，进而为研究钛合金热处理工艺和强化机制等提供依据。

因此，本课题的目的首先在于评估并获得精确的Ti-Al-Mn合金BCC相中的扩散动力学参数；其次，完善Ti基扩散动力学数据库；最后，通过模拟深层次的扩散行为来更好地理解其扩散特性。