双相TiAl基复合材料的强化机理分析.pdf

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1、第27卷第3期航空材料学报VOI.27，NO.32007年6月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSJune2007双相Tial基复合材料的强化机理分析1121王芬，艾桃桃，罗宏杰，朱建锋（1.陕西科技大学材料科学与工程学院，西安710021；2.中国科学院上海硅酸盐研究所，上海200050）摘要：利用AI-Ti-TiO2-Nb2O5系的原位放热反应合成了AI2O3/TiAI基复合材料，观测了复合材料的相组成和微观形貌及力学性能，并探讨了其强化机理。结果表明：Nb2O5的加入获得了双相基体和弥散分布的AI2O3第二相颗粒，随其掺杂量的增大，组

2、织明显均匀并细化。复合材料的硬度呈直线增加，相对密度也增大。当Nb2O5掺杂量为6wt%时，复合材料的抗折强度最佳，高达642MPa。通过异相界面电子结构解释了双相基体的强化原因，同时以内晶颗粒残余应力原理说明了强度随Nb2O5掺杂量的变化规律。关键词：复合材料；原位反应；力学性能；强化机理中图分类号：TB331文献标识码：A文章编号：1005-5053（2007）03-0011-06颗粒增强金属基复合材料由于具有良好的力Nb2O5。以乙醇为保护介质用行星式球磨机进行湿学、热学性能及高的比强度、比刚度受到材料领域的混，球石与料的质量比为3：1，磨机转速：800P/

3、min，广泛重视，并已在航空、航天、核能等领域得到广泛球磨时间：120min。球磨后的粉料经干燥、造粒，装［1，2］-2的应用。AI2O3颗粒具有好的化学稳定性、高的入石墨模型内，后在5.3X10Pa的真空条件下以强度和弹性模量、低的热膨胀系数、高的熔点，且与压力协助升温至1200C，并在此最高温度调节压力TiAI有好的化学相容性和物理相容性，被认为是增至35MPa，保温60min后随炉冷却。强TiAI基复合材料最有效的增强体之一。而原位采用HXD-1000数字式显微硬度计测试材料的法合成的复合材料，易于获得清洁的基体、第二相界维氏硬度，所用载荷为300N，加载时

4、间为15S。采用面、细化晶粒以及提高了组织的稳定性，且对第二相PT-1036PC万能材料实验机进行材料的抗折强度测的数量及分布进行控制，能明显改善复合材料的力试，试样尺寸为25mmX4mmX3mm，测试跨距为学性能，已被广泛应用于复合材料的制备。20mm，加载速率为5mm/min。本研究利用AI-Ti-TiO2-Nb2O5混合粉末以原位以日本理学D/max2000PC型X射线衍射仪测化学反应合成了AI2O3/TiAI基复合材料，研究了复定产物的物相组成。采用JSM-6700F扫描电镜观察合材料的组织结构及力学性能，并探讨了复合材料断口形貌。烧成后的试样经磨抛后，以

5、5%HF+的强化机理。10%HNO3+85%H2O的混合液进行腐蚀、超声波清洗和干燥处理，后以NEORHOT-21型光学显微镜观1实验方法察金相组织形态。实验用原材料为Ti粉（纯度99.3%，280目），2实验结果与分析AI粉（纯度99.5%，200目），TiO2粉（纯度99%，0.5!m），Nb2O5粉（纯度99.5%，500目）。按照2.1复合材料的相组成及显微结构43.9Ti-38.6AI-17.5TiO（2wt%）进行配料，在此基础物相分析（图1）结果表明，复合材料的主要物分别加入0wt%，2wt%，6wt%，10wt%和20wt%的相为TiAI（"），T

6、i3AI（#2）和AI2O3以及少量的NbAI3。AI2O3是由AI-TiO2及AI-Nb2O5的化学反应形成的，AI-Nb2O5的铝热反应经由多步反应，具体收稿日期：2006-10-00；修订日期：2006-11-06反应方程式表达为：基金项目：国家自然科学基金资助项目（50432010，4AI（I）+3TiO2、3Ti+2AI2O3（1）50672056）作者简介：王芬（1959—），女，教授，研究方向：陶瓷/金属基3Nb2O5+2AI（I）、6NbO2+AI2O3（2）复合材料，古陶瓷。3NbO2+2AI（I）、3NbO+AI2O3（3）12航空材料学报第2

7、7卷3nb0+2AI（I）、3nb+AI203（4）程进行了较为系统的研究，具体可表征为：AI熔化3nb205+10AI（I）、6nb+5AI203（5）后首先将Ti02逐步还原，生成Ti和0的中间氧化物Ti02-m（m>0）。同时，置换出的Ti溶解于AI液，当浓度达到饱和时，便以TiAI3的形式析出。对此，众多学者达成一点共识，即，在AI液耗尽之前TiAI3都是界面处的唯一反应产物。文献［5］从热力学角度证明了在AI液耗尽之前TiAI3是界面处唯一的反应产物即初生相。若AI液耗尽时还原反应仍未完成，则TiAI3又重新分解以便提供AI而使还原反应进行彻底。而后活性

8、Ti原子与