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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

颗粒增强TiAl基复合材料的研究进展

综述了国内外颗粒增强TiAl基复合材料的研究现状;对TiAl基复合材料基体和增强颗粒的选择,TiB2、Al2O3等颗粒增强TiAl基复合材料的制备工艺和力学性能进行了重点讨论,并阐述了各种制备方法的优缺点及发展方向。

固液反应法制备增强体层状分布的TiAl基复合材料板

将纯Ti箔和TiB_2/Al复合材料箔交替堆垛,通过热轧获得Ti-(TiB_2/Al)叠层,随后进行热处理使固态Ti和液态TiB_2/Al快速发生化学反应,近净成形制备出增强体TiB_2颗粒呈层状分布的TiAl基复合材料板材.研究热处理过程中的相转变和组织演变规律,并测试和评价了最终层状TiB_2-TiAl复合材料板材拉伸性能.结果表明:固态Ti和液态TiB_2/Al复合材料反应首先生成多孔结构TiAl_3相,1300℃,2 h,50 MPa的压力烧结实现材料致密化,随后热处理时TiAl_3与Ti继续发生反应扩散,最终生成全层片结构(α_2-Ti_3Al+γ-TiAl)层,TiB_2不参与任何反应,且呈层状分布于基体(α_2+γ)层中.TiB_2-rich层组碍了(α_2+γ)层的全层片组织粗化,并大幅提高了层状TiB_2-TiAl复合材料板材的高温拉伸性能.

Ti_3AlC_2掺杂SPS法制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料的研究

通过2TiC-Ti-1.2Al体系的原位热压反应制备Ti_3AlC_2陶瓷,然后以59.2Ti-30.8Al-10Ti_3AlC_2(质量分数,下同,%)为反应体系,采用放电等离子烧结技术制备Ti_2AlC/Ti Al基复合材料。借助XRD、SEM分析产物的相组成和微观结构,并测量其室温力学性能。结果表明:原位热压烧结产物由Ti_3AlC_2和TiC相组成,Ti_3AlC_2呈典型的层状结构,TiC颗粒分布在其间;SPS法制备的Ti_2AlC/Ti Al基复合材料主要由Ti Al、Ti_3Al和Ti_2AlC相组成,Ti_2AlC增强相主要分布于基体晶界处,发挥了晶界/晶内内生型强化相的增强作用。力学性能测试表明:Ti_2AlC/Ti Al基复合材料的密度、维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为3.85 g/cm^3、5.37 GPa、7.17 MPa·m^(1/2)和494.85 MPa,穿晶、沿晶及层状撕裂等混合断裂特征对改善性能发挥了重要作用。

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-TiB_2对TiAl基复合材料组织及力学性能的影响

以Ti、Al和B4C为原料,采用真空电弧熔炼的方法制备了含Ti_2AlC-TiB_2增强相的TiAl基复合材料;分析了添加不同含量的Ti_2AlC-TiB_2对复合材料的物相组成、组织结构及力学性能的影响,并探讨了微观组织结构的形成机制。结果表明:Ti_2AlC-TiB_2/TiAl复合材料主要由TiAl、Ti3Al、TiB_2和Ti_2AlC等物相组成,TiB_2和Ti_2AlC分布在层片状的TiAl+Ti3Al基体中;随着原料中B4C含量的增多,复合材料组织中Ti_2AlC-TiB_2含量增多,且TiAl基体的晶粒被明显细化,TiB_2和Ti_2AlC分布于基体晶界或晶内。Ti_2AlC主要为层片状和板条状,尺寸5~15μm,而TiB_2颗粒形态与其含量有关,当Ti_2AlC-TiB_2含量小于20wt%时,TiB_2颗粒呈针棒状,尺寸为0.5~5μm,当Ti_2AlC-TiB_2含量增加到30wt%时,TiB_2颗粒主要呈块状,尺寸为5~20μm。Ti_2AlC由TiC与Ti-Al熔体发生包晶反应生成,Ti_2AlC和TiB_2的形成提高了Ti_2AlC-TiB_2/TiAl复合材料的硬度、塑性和抗压强度。当4Ti+Al+B4C的加入量为10wt%时,复合材料的变形量比纯TiAl提高14%,而抗压强度达到最高值1 591 MPa。Ti_2AlC和TiB_2通过裂纹偏转、颗粒钉扎、拔出等机制对Ti_2AlC-TiB_2/TiAl复合材料起到增强增塑的作用。

Nb2O5掺杂原位合成Al2O3/TiAl复合材料的组织与性能

以Ti、Al、TiO2和Nb2O5混合粉原位反应合成Al2O3/TiAl复合材料。借助差热分析探讨体系的反应过程,并对合成产物的微观结构和力学性能进行研究。结果表明:由于铝热反应释放了大量热量导致体系内温度较高,反应较早进行,利于实现低温致密化烧结。1200℃烧成后获得了γ+(α2/γ)双相组织。Nb2O5的加入细化了复相组织,提高了自生Al2O3颗粒的分散度及产物的致密度。加入适量Nb2O5后,复合材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性得到不同程度的提高;在Nb2O5掺杂量为6wt%时,硬度达到4.84GPa,抗弯强度为642MPa,断裂韧性达6.69 MPa.m1/2。复合材料的强化机制主要是由于Nb2O5的加入改善了复合材料的微观组织和使得Al2O3呈弥散分布。

TiAl合金及其复合材料的研究进展与发展趋势

TiAl基复合材料具有低密度、高强度、优异的抗氧化性和抗蠕变性等特点,尤其是高温下的优异性能使其成为汽车、航空等领域最具有潜力的材料。但同时也存在较低的断裂韧性、低室温塑性等缺陷,限制其广泛应用。本文对TiAl材料的分类、应用以及性能缺陷等关键问题进行综述,重点介绍了合金化、表面处理、合成复合材料等技术对其组织性能的影响;其次,简要概述TiAl基复合材料的研究进展及应用领域,并指出TiAl基自润滑材料将成为未来研究的热点之一。

TiAl合金复合韧化及其复合材料研究进展

TiAl合金具有低密度、高比强度及优异的高温性能等特点,成为航空航天领域极具发展潜力的轻质高温结构材料。然而,TiAl合金在室温下断裂韧性较低及800℃以上时热稳定性不佳等问题限制了该合金的应用,解决这些难题的重要方向之一是发展TiAl基复合材料。介绍了近年来国内外对TiAl基复合材料研究的进展情况,主要包括颗粒、连续纤维及改性涂层纤维增强增韧TiAl基复合材料的研究,并对未来TiAl基复合材料的发展方向提出展望。

原位合成Al_(6.1)Cu_(1.2)Ti_(2.7)/Al_2O_3/TiAl复合材料及热力学分析

采用真空热压烧结方法在Ti-Al-CuO体系下原位合成了Al6.1Cu1.2Ti2.7、Al2O3物相共同增强的TiAl基复合材料。通过DSC,XRD以及相关热力学计算研究了热压反应过程。结果表明:Al在高温熔化后对Ti、CuO颗粒润湿并发生反应,Ti颗粒表层形成中间产物TixAly,在富Ti区生成稳定TiAl相;CuO颗粒表层由于Al-CuO置换反应的发生,生成稳定的Al2O3相和活度较高的Cu单质,一定条件下TixAly与Cu反应形成Al6.1Cu1.2Ti2.7三元相。

放电等离子烧结制备TC4/Ti_(n+1)AlC_n-TiAl叠层结构复合材料的组织和性能

以TC4钛合金箔(Ti-6Al-4V)作为强韧层,TiC-Ti-Al混合粉末作为复合层,采用放电等离子烧结技术(SPS)制备TC4/Ti_(n+1)AlC_n-TiAl叠层结构复合材料(n=1或2)。研究了TC4/TiAl基叠层复合材料组成、结构和力学性能。结果表明:叠层之间结合良好,随着强韧层数量和Ti_(n+1)AlC_n含量的增加,界面层厚度减小,裂纹在扩展过程中Y型分叉角增大,应力集中因子减小,材料的力学性能显著提升。当强韧层数为9层时,材料的抗弯强度和断裂韧性在Arrester受力方向上达到最大值,分别为(1419.28±70.96)MPa和(62.17±3.11)MPa·m^(1/2)。