在定向凝固制备Ti Al合金的过程中,合金熔体与铸型材料间的界面反应是影响铸件质量和力学性能的重要因素。而定向凝固的工艺直接影响到熔体与铸型界面反应的强度,进而影响铸件表面的质量。本文系统地研究了定向凝固时工艺参数对界面反应的影响规律,对优化定向工艺、提高铸件质量具有重要的意义。本文采用带有Y2O3涂层的Al2O3铸型制备定向凝固Ti Al合金,通过分析铸件界面的微观结构,阐明抽拉速率、保温温度和保温时间对界面反应的影响。结果表明,提高抽拉速率能减弱合金熔体与涂层间的反应程度,但速率过大则定向组织不理想,适宜的速率在40~60μm/s之间;升高保温温度会导致界面反应加剧,试样边界的完整性下降,O元素在合金基体内的扩散距离增大,温度高于1973 K时熔体内的Ti原子与O原子发生反应,生成Ti的氧化物;延长保温时间会使界面反应加重,反应层厚度增大,时间超过20 min后Y2O3涂层不能有效地阻碍Ti Al合金熔体与Al2O3铸型的接触。在实验结果的基础上,本文利用第一性原理方法研究了温度对界面反应影响的微观机理。结果表明,随着温度的升高,界面体系的原子平均动能略有增加,界面反应能增大,O原子进入Ti Al合金基体的数量增多,在基体内的扩散系数也增大。通过分析模型的电子结构发现,Ti与O间的相互作用比Al与O强;升高温度,O原子与Ti、Al原子间的电荷作用增强,Ti-O键的布局数增大,电子由Ti原子向O原子转移;在1973 K时键长稳定,Ti、Al与O的化学反应达到稳态。通过计算不同温度下合金熔体的活度系数发现,温度越高,熔体中Ti和Al的活度越大,Ti的活度大于Al,在与O原子的作用中占主要地位,这与模拟结果相符。结合实验和模拟结果可知,界面反应包括物理侵蚀和化学反应两个过程,熔体与涂层的接触时间影响涂层的稳定性,温度影响高活性原子间的化学反应。