原位生成粉末冶金钛基复合材料的研究

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1、摘要钛基复合材料以其高的比强度比刚度和抗高温特性而引起广泛的注意，近年来的发展很快。但由于其生产成本过高，制约了其在民用领域的应用。原位生成的颗粒增强钛基复合材料，具有各向同性，易于成型，成本低廉，因而得到了／。一泛的注意。本研究从基体合金优化和颗粒增强相的选择两方面展开研究，采用粉末法制备了原位生成颗粒增强钛基复合材料。利用x射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段对材料的相组成和显微组织进行了研究。得到以下结论：1)合金元素Fe、Mo、AI对粉末钛的烧结致密化行为影响不同。由于～的偏扩散作用，铝含量及烧结温度提高都加剧烧结反致密化过程，

2、降低粉末钛的烧结致密度。Fe的高扩散速率促进了扩散致密化，而Mo的低扩散速率抑制晶粒长大，使高温烧结成为可能，从而达到强化烧结的效果。2)合金元素Fe对Tj合金的室温拉伸性能影响明显。随着Fe含量的提高，拉伸强度先提高后降低，同时延伸率急剧下降。铁的强化是密度改善、固溶强化及显微组织综合作用的结果，而延伸率主要受显微组织的影响。Mo元素的添加主要有利于Ti—Mo合金的显微组织细化。随着Mo元素含量的增加，组织细化作用更加明显，为此添加Mo元素有利于提高钛合金的拉伸性能。Al也能提高Ti合金的拉伸强度，但降低延僻l率。3)稀土元素Nd促进了粉末钛及钛合金的致密化过程

3、，其原因是Nd—A1合金粉末在烧结过程中形成了瞬时液相以及稀土Nd对钛粉末表面氧的净化作用。Nd—AI粉末的添加可以使钛粉的烧结致密度达到99％以上。4)根据常规合金元素Fe、Mo、AI及净化元素Nd对粉末钛烧结致密化促进作用及对合金性能的影响，设计了新型粉末冶金Ti．15Fe一2．25Mo一】．2Nd一0．4AI合金。该合金烧结态室温拉伸性能达到了熔锻钛合金TC4的水平。5)采用粉末法，分别通过Ti与TiB2或Ti与B4c反应制备TiB增强和TiB+TiC增强复合材料都是可行的。通过Ti与Cr3C2反应也成功制备出原位生成TiC颗粒增强Ti基复合材料。在上述复合

4、材料中，中南人学硕十学位论文摘要以TN+5C这种TiC颗粒增强”基复合材料的性能最佳。6)原位生成TiC颗粒增强Ti基复合材料中的强化方式主要有以下两种：由于TiC颗粒与Ti基体之间界面位错塞积引起的载荷转移强化；Cr在Ti基体中扩散，与Ti基体形成固溶体，以及改变基体合金的相组成所引起的强化。7)由于TiC颗粒的存在提高了材料的硬度，原位生成TiC颗粒增强Ti基复合材料的抗磨损性能也得到了较大提高关键词钛基复合材料，颗粒增强，原位生成，力学性能中南人学硕十学位论文AbslmelAbstractThehighcostandthedifficultyinproces

5、singrestrictthemassapplicationoftitaniummatrixcompositesalloys．Lookingforsimpleandconvenientmanufacturetechniques，loweringthecosthasbeenthehotspotoftheresearchoftitaniumalloys．PMprocessisbelievedtobethemostpromisingoneforhighperformanceandlowcosttitaniumalloysowingtonearshapeformation

6、．Inthiswork，thedensificationprocess，mechanicalpropertiesandmicrostmctureofPMTimatrixcompositewereinvestigatedbymeansofexpansion／contractionbehaviortesting，thermalanalyzer(DTA)，X—raydiffraction(XRD)，scanningelectronmicroscopy(SEM)andtransmissionelectronmicroscopy(TEM)EffectsofFe，Mo，AI，

7、NdelementsOilthesinteringbehaviorandmechanicalpropertiesoftitaniumalloyswereinvestigated．PMtitaniumalloyswithgoodmechanicalpropertieshavebeenproduced．ThemicrostmctureandpropertiesofTiCparticulatereinforcedTimatrixcompositeswereinvestigated．PMtitaniumintakeandexhaustvalveseatingforauto

8、mobil