石墨烯对粉末冶金tial合金组织性能的影响

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1、硕士学位论文石墨烯对粉末冶金TiAl合金组织性能的影响EFFECTOFGRAPHENEONMICROSTRUCTUREANDMECHANICALPROPERTIESOFTIAL-BASEDALLOYPREPAREDBYPOWDERMETALLURGY张茜哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG146.2+3学校代码：10213国际图书分类号：620.18密级：公开工学硕士学位论文石墨烯对粉末冶金TiAl合金组织性能的影响硕士研究生：张茜导师：陈玉勇教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6

2、月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG146.2+3U.D.C:620.18DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringEFFECTOFGRAPHENEONMICROSTRUCTUREANDMECHANICALPROPERTIESOFTIAL-BASEDALLOYREPAREDBYPOWDERMETALLURGYCandidate：ZhangXiSupervisor：Asso.Prof.ChenYuyongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEn

3、gineeringSpeciality：MaterialProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence:June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，TiAl合金以其优异的力学性能，被认为是最有希望代替Ni基合金的新一代高温结构材料。但其室温塑性差、难以加工变形，严重阻碍了其在航空航天等领域的广泛应

4、用。粉末冶金可以获得均匀细小的显微组织，可实现近净成形，且便于添加合金元素，被认为是制备TiAl合金的重要方法。研究表明，加入合金元素和增强相是改善TiAl合金力学性能的有效途径之一。本文将超薄高强新材料石墨烯加入到TiAl预合金粉末中，通过机械混粉，制备混合粉体，采用放电等离子烧结工艺制备块体材料，对烧结体进行热处理，来改善组织及力学性能。采用激光散射粒度仪对原始预合金粉末进行粒度分布研究，测量得到预合金粉末的平均粒径为171um，粉末多为球形度较好的规则球形粉末。扫描电镜结果显示，少量粉末出现气孔和缩松等缺陷，球形粉末表面和内部均存在不同的

5、枝晶组织。粉末主要由α2相和γ相组成。将石墨烯按原子比含量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%加入到TiAl预合金粉末中，混合得到不同石墨烯含量的混合粉体，研究发现，在20r/min和30r/min交替运行，周期为2h，运行16h的条件下，混合粉末均匀性最好，混粉过程在氩气保护的手套箱中完成。在1250℃/20min/50MPa条件下对混合粉体进行放电等离子烧结，得到不同石墨烯含量的Φ60×10mm的烧结体，致密度在98%以上。未添加石墨烯的烧结体组织不均匀，由细小的γ相和较大的α2/γ层片晶团组成，其中γ相含量较多，随着石墨烯加入量的

6、增多，烧结体组织出现细化趋势，并有少量Ti2AlC产生。对烧结体进行力学性能测试，结果表明：弯曲强度、耐磨性、硬度均随着石墨烯加入量的增多呈上升趋势，加入0.8%石墨烯后烧结体的弯曲强度由602MPa升高到999MPa，提高了66%；耐磨性有了明显改善，摩擦系数由0.6降低到0.4；硬度值由290HV提高到410HV；烧结体的压缩强度随着石墨烯加入量的增多呈现先降低再升高的趋势，当加入0.8%石墨烯后，烧结体的压缩强度由2001MPa提高到2347MPa。不含石墨烯烧结体在1290℃/4h/炉冷条件下热处理可得到双态组织，随着石墨烯加入量的增多

7、，组织中层片晶团含量增加，且Ti2AlC相量逐渐增多，呈颗粒状分布在晶界和α2/γ层片组织间，热处理后的拉伸强度呈现先升高再降低趋势。关键词：粉末冶金；TiAl预合金粉末；放电等离子烧结；组织性能；热处理-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTiAl-basedalloysareconsideredoneofthemostpromisinghightemperaturestructurematerialstotaketheplaceofnickel-basedalloysinthefieldofautomotivecomponen

8、tsandaerospaceforitsexcellentmechanicalproperties,suchaslightweightandhighs