原位合成細(xì)晶Ti2AlC-TiAl復(fù)合材料的制備和性能.pdf

1、原位合成細(xì)晶原位合成細(xì)晶TiTi2AlCTiAlAlCTiAl復(fù)合材料的制備復(fù)合材料的制備和性能和性能ProcessingPropertiesofRefinedTi2AlCTiAlCompositesbyInsituSynthesis一級(jí)學(xué)科：材料科學(xué)與工程學(xué)科專(zhuān)業(yè)：材料學(xué)研究生：王健指導(dǎo)教師：趙乃勤教授天津大學(xué)材料學(xué)院二零一四年五月摘要TiAl基合金具有高熔點(diǎn)、低密度、高比強(qiáng)度比模量，優(yōu)良的抗氧化性和抗蠕變性，在航空航天、汽車(chē)、電力等

2、領(lǐng)域展現(xiàn)出令人矚目的發(fā)展前景。然而，TiAl合金的室溫塑性低以及高溫下強(qiáng)度不足限制了其應(yīng)用。在TiAl合金中引入顆粒增強(qiáng)相可以在保持基體合金低密度、高比模量等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高材料的強(qiáng)度、塑性和高溫性能。但是傳統(tǒng)方法難以獲得晶粒細(xì)小、增強(qiáng)相彌散均勻分布的TiAl基復(fù)合材料。因此，探索增強(qiáng)相均勻分布的細(xì)晶或超細(xì)晶TiAl基復(fù)合材料的制備方法，探明其強(qiáng)化機(jī)制，對(duì)于發(fā)展高性能TiAl基復(fù)合材料具有重要意義。本文在傳統(tǒng)粉末冶金法制備復(fù)合材

3、料的基礎(chǔ)上，在Ti、Al機(jī)械合金化過(guò)程中，通過(guò)改變C源和球磨方法，提高C元素在基體中的含量和均勻分布，制備了原位生成且均勻分散的Ti2AlC增強(qiáng)細(xì)晶或超細(xì)晶TiAl基復(fù)合材料，系統(tǒng)研究了復(fù)合材料的制備工藝、微觀組織、力學(xué)性能以及強(qiáng)韌化機(jī)制；提出了Ti、Al在正己烷中機(jī)械化學(xué)反應(yīng)模型，闡明了細(xì)晶或超細(xì)晶TiAl基復(fù)合材料的形成機(jī)理以及強(qiáng)化機(jī)制。論文以多壁碳納米管（MWCNTs）為碳源，首次以表面活性劑分散的方法制備了細(xì)晶Ti2AlCTiA

4、l復(fù)合材料。首先，采用機(jī)械合金化法獲得了Ti50at.%Al預(yù)合金粉末，然后將經(jīng)兩性離子表面分散劑處理的MWCNTs通過(guò)超聲分散均勻負(fù)載于Ti50at.%Al預(yù)合金粉末表面，再通過(guò)冷壓真空燒結(jié)原位合成制備了細(xì)晶Ti2AlCTiAl復(fù)合材料。研究了過(guò)程控制劑、球磨參數(shù)對(duì)預(yù)合金粉末形貌、組織的影響，探討了兩性離子表面活性劑分散MWCNTs的作用。結(jié)果表明，添加硬脂酸作為過(guò)程控制劑可以顯著抑制球磨過(guò)程中冷焊現(xiàn)象的發(fā)生，提高球磨出粉率；隨球磨的

5、進(jìn)行，粉末發(fā)生變形和破碎，長(zhǎng)時(shí)間球磨使粉末中形成固溶體、納米晶、非晶和金屬間化合物中間相；采用兩性離子表面活性劑可以減少CNTs的團(tuán)聚，改善其在基體上的分散性，促進(jìn)燒結(jié)過(guò)程中原位生成的Ti2AlC增強(qiáng)相的分散均勻性。論文采用機(jī)械化學(xué)球磨工藝，原位反應(yīng)合成制備了顆粒原位增強(qiáng)超細(xì)晶Ti2AlCTiAl復(fù)合粉末。首先將Ti、Al粉末與正己烷介質(zhì)進(jìn)行液相機(jī)械化學(xué)球磨，利用正己烷球磨過(guò)程中分解生成的C原子易與Ti結(jié)合的特點(diǎn)，通過(guò)退火處理反應(yīng)合成了