硼化物原位自生增强TiAl基复合材料的组织演化、热变形行为及加工工艺设计

硼元素添加造成的相转变和硼化物析出等因素会对原位TiAl基复合材料显微组织演化及热变形行为产生影响。利用等温压缩实验、扫描电子显微技术以及透射电子显微技术等研究材料的动态再结晶和动态回复机制,并计算出其表现变形激活能为691.506 k J/mol。在1100~1200℃温度区间,再结晶γ和α晶粒的形核长大分别主导α2→α相转变温度上、下的热变形行为。α相的动态回复主导材料在1250℃低应变速率下的热变形行为;同时,硼元素会提高α相含量,降低γ→α和α2→α相转变温度,进而促进加载过程中回复α相晶粒的形核长大。根据新建的本构模型,对TiAl基复合材料的变形机制和加工工艺进行详细阐述.

Al_(2)O_(3)纤维增强TiAl基复合材料的界面反应

采用电火花等离子烧结(SPS)制备Al_(2)O_(3)短纤维(含28%(体积分数)SiO_(2))增强Ti Al基复合材料。通过热力学和动力学分析,阐明界面反应机理。基体与Al_(2)O_(3)纤维的界面相为Ti_(5)Si_(3),该相主要来源于TiAl基体中的Ti元素和Al_(2)O_(3)纤维中的Si元素。TiAl基体与Al_(2)O_(3)纤维的界面反应激活能为285.1kJ/mol。此外,由于界面反应过程中Ti元素的消耗,界面周围的基体由γ-TiAl相组成。在热处理态Al_(2)O_(3)纤维和烧结态复合材料中,γ-Al_(2)O_(3)与非晶态SiO_(2)相发生化学反应,形成莫来石相。

TiAl基复合材料的研究进展

介绍了近年来国内外研究TiAl基复合材料的进展情况,总结归纳了部分典型的长纤维、短纤维、晶须及颗粒增强TiAl基复合材料的力学性能,并重点介绍了制备TiAl基复合材料的各种工艺及其特点。

TiAl基金属间化合物的近净形成形技术和实用化研究进展

综述了目前IiAl基金属间化合物常用的近净形成形技术,包括精密铸造技术、粉末冶金成形技术和超塑性成形枝术。总结了这种材料的实用化研究进展,及其在航空航天领域和汽车工业界的应用研究状况。

纤维增强TiAl基复合材料的研究

介绍了纤维增强 Ti Al基复合材料在制备、界面和力学性能等方面的研究和进展。指出纤维增强 Ti Al基复合材料是发挥 Ti Al基合金潜力的一个重要方面。同时 ,也讨论了纤维增加 Ti

Ti_2AlC/TiAl基复合材料的制备及其力学性能

以Ti-Al-Ti_3AlC_2为反应体系,采用真空热压技术(1100℃×1 h)制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料。借助XRD、SEM等测试手段分析相组成以及微观结构,并测量其密度、维氏硬度、抗弯强度、抗压强度和断裂韧性等室温力学性能。结果表明,产物主要由TiAl、Ti_2AlC和Ti_3Al相组成。利用Ti_3AlC_2分解反应原位自生的Ti_2AlC增强相主要分布于基体晶界处,部分钉扎于晶内,且随着Ti_2AlC生成量的增大,团聚现象加剧。室温力学性能测试表明,Ti_2AlC/TiAl基复合材料的力学性能明显优于单相TiAl材料,当Ti_3AlC_2掺杂量为10 mass%时,综合性能较好,密度、硬度、抗弯强度、抗压强度和断裂韧性分别为3.97 g/cm^3、4.82 GPa、488.61 MPa、1340 MPa和5.68 MPa·m^(1/2)。断裂机制主要表现为沿晶断裂、穿晶断裂、裂纹偏转与桥联;颗粒相增韧、裂纹偏转与桥联以及层状增韧是主要的增韧方式。

SPS法制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料的力学性能

采用放电等离子技术(SPS),利用Ti-Al-Ti_3AlC_2体系的原位反应制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料。借助XRD、SEM和OM分析其组成及显微结构。结果表明,1100℃烧结后,Ti_3AlC_2全部转化为Ti_2AlC。产物由TiAl、Ti3Al和Ti_2AlC相组成。Ti_2AlC呈颗粒状分布于基体晶界处,部分钉扎于晶内。当Ti_3AlC_2掺杂量为10%时,综合力学性能最佳,维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别达到了4.9 GPa、7.41 MPa·m1/2和699.9 MPa,较TiAl合金有较大提升。

涂层Ti纤维增强TiAl基复合材料

研究了涂覆Ａｌ_２Ｏ_３的Ｔｉ纤维增强γ－ＴｉＡｌ基复合材料，分析了界面结构和力学性能特征。结果表明，采用物理气相沉积法在Ｔｉ纤维表面涂覆Ａｌ_２Ｏ_３增强ＴｉＡｌ基复合材料，使ＴｉＡｌ合金的弯曲强度从４４９ＭＰａ提高到５７３ＭＰａ，即提高了２８％；弯曲挠度变化不明显；Ｔｉ纤维与ＴｉＡｌ基体间的界面反应层厚度由原来的３０μｍ减小到２０μｍ。

Ti-Al-CuO系原位反应合成TiAl基复合材料的研究

以Ti粉、Al粉和CuO粉为原料,通过真空热压烧结工艺合成了Al2O3-Al6.1Cu1.2Ti2.7/TiAl复合材料,采用XRD、SEM及力学性能万能实验机分析研究了材料的相组成、微观结构及力学性能。结果表明:经过1000℃下热压2h所得样品反应完全,复合材料基体主要由Al6.1Cu1.2Ti2.7与TiAl双相组成,Al2O3颗粒弥散分布于基体晶粒间。当原料配比中CuO含量为10wt%时材料弯曲强度达到最大值273.1MPa;当CuO含量在14wt%时复合材料断裂韧性达到最大值6.7MPa.m1/2。由于CuO的掺杂量增加,热压所得复合材料基体相组织呈现从块体到层状结构变化,自生Al2O3相呈现出由弥散分布到局部团聚现象变化。

TiAl基陶瓷复合材料的研究现状

TiAl金属间化合物经过十几年的研究,以其低密度、高模量和优异的高温强度、抗蠕变、抗氧化和阻燃性能而被公认为最具有发展潜力的高温结构材料。但由于其本身所固有的较低室温塑性和韧性,限制了其实际应用。TiAl基复合材料在保持TiAl金属间化合物诸多优良性能的同时,通过引入不同的陶瓷增强体,进一步提高了材料的高温强度、弹性模量、蠕变性能。本文对各种TiAl基陶瓷复合材料的主要研究现状进行了综述,重点阐述了不同TiAl基陶瓷复合材料的制备工艺和性能特点。

Ti_2AlC陶瓷增强TiAl基材料的研究

国内外很多学者用自蔓延高温合成法、自蔓延高温合成同电弧熔炼铸造技术相结合法、放电等离子烧结等方法合成了TiAl/Ti2AlC复合材料。最近,作者以Ti、Al、TiC粉为原料,用原位热压的方法合成了该复合材料。本文综述了TiAl/Ti2AlC复合材料的几种制备方法、力学及抗氧化性能的研究情况。

不同涂层对纤维增强TiAl基复合材料界面及其性能的影响

研究了Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３及Ｙ２Ｏ３－Ｃｒ涂层对Ｔｉ纤维增强ＴｉＡｌ基复合材料界面和性能的影响。试验结果表明，用ＰＶＤ法给纤维表面涂覆Ａｌ２Ｏ３或Ｙ２Ｏ３的Ｔｉ纤维增强ＴｉＡｌ基复合材料，不仅使γ－ＴｉＡｌ的弯曲强度分别提高２８％和２５％，而且使界面反应层厚度由３０μｍ分别减少到２０μｍ和１４μｍ，即ＹＬＯ３较Ａｌ２Ｏ３有较高的稳定性和较好的扩散障作用。涂覆复合软质涂层Ｙ２Ｏ３－Ｃｒ的Ｔｉ纤维复合材料，其界面除有Ｔｉ３Ａｌ、Ｔｉ２Ａｌ外，有韧性相β及Ｔｉ２Ｃｕ产生，界面结合完整，其材料的弯曲强度达到７０９ＭＰａ，较γ－ＴｉＡｌ提高５８％，较涂覆Ｙ２Ｏ３的Ｔｉ纤维增强ＴｉＡｌ基复合材料提高２６％，而且弯曲挠度有所改善，显示出好的强韧化作用。

钕的添加对TiAl基金属间化合物的影响

本文研究了钕的添加对Ti-34.1％(质量分数)Al合金的铸态组织和力学性能的影响。研究发现,少量钕的添加能使这种Ti-Al合金的铸态组织由原来的粗大的柱状晶形态转变为树枝状晶形态;随着钕量的增加,树枝晶尺寸变小,枝晶截面变细,二次轴间距变短;随着钕量的增加,抗弯强度和挠度减小,这归因于非平衡结晶过程中形成的TiAl_3量增加。引起TiAl+Nd合金脆性增加的主要原因是非平衡结晶过程中枝晶间形成的TiAl_3相。

碳化物与钛合金层协同强韧化TiAl基叠层复合板材的微观组织及力学性能

叠层复合设计是突破传统金属基复合材料强韧性失配瓶颈的有效途径。基于仿生学原理,通过碳化物和通孔构型钛合金层协同增强制备了TiAl基叠层复合板材,并研究了该复合板的微观组织和力学性能,采用XRD、SEM、EBSD及三点弯曲法等分析了复合板材的相组成、微观结构,并测量其弯曲强度和断裂韧性。结果表明,复合板材主要由Ti_(2)AlC、α_(2)-Ti_(3)Al、γ-TiAl和少量的TiC相组成。当Ti_(2)AlC含量为0wt%时,复合板材的性能最佳,呈各向异性,平行叠层方向的弯曲强度和断裂韧性分别为1165.35 MPa和34.90 MPa·m^(1/2),垂直叠层方向的弯曲强度和断裂韧性分别为722.68 MPa和28.55 MPa·m^(1/2)。随着Ti_(2)AlC含量的增大,垂直和平行叠层方向的性能实现了近各向同性。结论可为金属基复合材料的仿生复合设计、优化和工程应用提供理论依据和技术支撑。

机械合金化对TiAl基合金烧结组织的影响

对TiH2-47Al-0.2Si-10Nb和TiH2-47Al-0.2Si-12Nb成分的粉末机械合金化过程进行了研究,并将球磨30 h后的粉末进行放电等离子和真空烧结。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究机械合金化对TiAl基合金烧结组织的影响。结果表明,高能机械球磨过程中形成了非晶相及TiAl金属间化合物,球磨30 h后粉末颗粒达到10 nm左右。采用放电等离子和真空烧结均获得了细小、均匀的TiAl和Ti3Al相组织,烧结组织晶粒在1μm左右。

原位自生MAX相增强TiAl基复合材料

叙述了近年来国内外原位自生MAX相增强TiAl基复合材料的研究进展。叙述了MAX相结构和性能,MAX相增强TiAl基复合材料的原位合成工艺的研究进展及原位合成机理,并对复合材料的微观组织、界面结构以及力学性能进行了综述,最后对其应用进行展望。

用Nb,TiNb连续纤维增韧的TiAl基复合材料

用粉末热压工艺和框架纤维缠绕方法制备出了Ｎｂ和ＴｉＮｂ连续纤维增韧的ＴｉＡｌ基复合材料。检测并研究了纤维和基体复合效果，界面反应层及复合材料组织和相的变化；研究了复合材料组织、相和界面与增韧的关系，提出了一些连续纤维对ＴｉＡｌ基复合材料的增韧机制。结果发现，复合材料纤维和基体界面结合良好，ＴｉＮｂ和Ｎｂ连续纤维复合材料的Ｋ１ｃ值分别达３７ＭＰａｍ１／２和３３ＭＰａｍ１／２。

SiC纤维增强TiAl基复合材料的制备工艺探索

通过加入连续Si C纤维,改善Ti Al基金属间化合物室温脆性。利用Ti箔-Si C纤维-Al箔经过热压工艺制备连续Si C纤维增强Ti Al基复合材料。探索了纤维/箔铺叠次序和热压工艺对Ti Al基复合材料组织和性能的影响。利用扫描电镜、电子探针显微镜和X射线衍射仪等分析手段对其组织结构和相组成等进行了研究。研究结果表明:Si C纤维铺于Al箔与Al箔之间,采用三段式热压工艺能得到致密的微叠层Ti Al基复合材料具有良好的塑性和韧性。

烧结温度对TiAl基复合材料组织与性能的影响

采用放电等离子烧结炉在1200~1350℃下对Ti-48Al-2Nb-2Cr预合金粉末和多层氧化石墨烯组成的混合粉末进行烧结,研究了烧结温度对石墨烯增强的TiAl基复合材料组织演变及压缩性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,复合材料组织由近γ等轴晶组织逐渐向全片层组织转变,在室温下复合材料组织对其抗压强度和断裂应变的影响较小,而在850℃/0.001 s-1压缩条件下,不同组织的复合材料抗压强度和断裂应变发生显著变化,其中1300℃下烧结获得的细小全片层组织具有最高的高温抗压强度和断裂应变。烧结温度对TiAl基复合材料的组织与性能具有重要影响。