TiAl2: A reentrant phase in the TiAl system

Abstract

The domain of stability and the structures of the TiAl2 phases are studied by conventional and high resolution electron microscopy. Like the Ti1+xAl3−x LPAPB structures, the TiAl2 structures are ordered on a f.c.c. lattice and present along a cube axis (c axis) a long period modulation which is a composition modulation and/or a conservative antiphase boundaries (APB) modulation. In the case of the TiAl2 phases, the modulation of composition is fixed and is such that the stacking sequence of the (001) atomic planes is: TiAl, TiAl, Al. On this modulation an APB modulation is superimposed which determines the relative positions of the Ti atoms in the successive TiAl planes. It is shown that the period of this latter modulation is temperature dependent, according to a very particular scheme: a first structure TiAl2I is stable in two different temperature ranges – one at low temperature (T < 700 °C) and the other at high temperature (T > 1250 °C). In between, an other structure, TiAl2II, is stabilized and its periodicity is twice that of TiAl2I. Owing to this striking feature, the TiAl2I structure is then a reentrant structure. Mittels konventioneller und hochauflösender Elektronenmikroskopie werden der Stabilitätsbereich und die Strukturen der TiAl2-Phasen untersucht. Wie bei den Ti1+xAl3−x-LPAPB-Strukturen sind die TiAl2 Strukturen in einem k.f.z.-Gitter geordnet und zeigen in Richtung einer kubsichen Achse (c-Achse) eine langperiodische Modulation, die eine Zusammensetzungsmodulation und/oder eine konservative Antiphasengrenzen(APB)-Modulation darstellt. Im Falle der TiAl2-Phasen ist die Modulation der Zusammensetzung fixiert und so, daß die Stapelfolge der (001)-Atomebenen: TiAl, TiAl, Al ist. Auf dieser Modulation ist eine APB-Modulation überlagert, die die relative Lage der Ti-Atome in den sukzessiven TiAl-Ebenen bestimmt. Es wird gezeigt, daß die Periode dieser letzteren Modulation temperaturabhängig ist, entsprechend einem sehr speziellen Schema: eine erste Struktur TiAl2I ist stabil in zwei verschiedenen Temperaturbereichen – eine bei niedrigen Temperaturen (T < 700 °C) und die andere bei hohen Temperaturen (T > 1250 °C). Dazwischen ist eine andere Struktur, TiAl2II stabil und seine Periodizität ist zweimal der von TiAl2I. Infolge dieser deutlichen Hinweise ist die TiAl2I-Struktur dann eine reentrante Struktur.