反應(yīng)合成NI-Al合金及NiAl-(TiC-TiB2)復(fù)合材料的研究.pdf

1、金屬間化合物材料是近些年來(lái)國(guó)際材料界研究的熱點(diǎn)，以金屬間化合物為基體的合金或復(fù)合材料屬于一種全新的材料。Ni-Al金屬間化合物由于具有高熔點(diǎn)，低密度，較好的熱傳導(dǎo)性以及良好的抗氧化性能和抗酸堿腐蝕等性能，使其成為一類很有應(yīng)用前景的高溫結(jié)構(gòu)材料。TiC-TiB2復(fù)相陶瓷具有高熔點(diǎn)、高硬度、高導(dǎo)熱、低膨脹系數(shù)、高耐磨性及良好的導(dǎo)電性，可用于高溫過(guò)濾材料，兩者復(fù)合是用于汽車尾氣處理、污水處理、石油、化工、能源領(lǐng)域的廢氣處理和催化劑載體等的理想

2、材料之一。
　　本文采用自蔓延高溫合成工藝，利用Ni-Al、Ni-Al-Ti-B4C及Ni-Al-TiC-TiB2體系的放熱反應(yīng)，制備Ni-Al系金屬間化合物及TiC-TiB2復(fù)相陶瓷增強(qiáng)NiAl基復(fù)合材料。研究了反應(yīng)物的物相組成、孔結(jié)構(gòu)、組織形貌、性能及成孔機(jī)理和組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變機(jī)理。主要的研究結(jié)果如下:
　　(1)熱爆反應(yīng)合成Ni-Al金屬間化合物。當(dāng)Ni∶Al=1∶1(at.％)時(shí)，反應(yīng)生成物為單一的NiAl相，形態(tài)為技晶

3、狀;當(dāng)Ni、Al原子比為2∶1時(shí)，生成物物相組成為NiAl+Ni3Al相，因?yàn)榉瞧胶饫鋮s，NiAl相析出量少，主要沿初生NiAl晶界分布。當(dāng)Ni∶Al=3∶1（at.％)時(shí)，生成物組織形態(tài)復(fù)雜，主要由枝晶狀β-NiAl、粗大塊狀和網(wǎng)狀γ-Ni3Al、不規(guī)則的塊狀或者尖條狀γ'-Ni3Al、板條狀和針片狀M-NiAl組成，有時(shí)尖條狀γ'-Ni3Al串成一條中脊分布于β-NiAl晶粒內(nèi)部，在中脊端部放射出大量針片狀M-NiAl。因?yàn)棣?-N

4、i3Al在β-NiAl晶粒內(nèi)部析出造成的應(yīng)力場(chǎng)、NiAl中富含大量Ni及非平衡冷卻，有利于β-NiAl轉(zhuǎn)變成位錯(cuò)和孿晶M-NiAl。
　　(2)在NiAl中添加不同含量的3Ti+B4C原位合成NiAl/(TiC-TiB2)復(fù)合材料。反應(yīng)產(chǎn)物主要由NiAl、TiC、TiB2三相組成。純NiAl的組織形態(tài)主要是一些等軸晶，大約為38～48μm。添加3Ti+B4C后，復(fù)合材料中NiAl晶粒明顯細(xì)化，硬度提高。TiC、TiB2主要分布在N

5、iAl晶界，少量分布在晶內(nèi)，分布相對(duì)均勻，隨添加3Ti+B4C含量的增加，TiB2、TiC顆粒由形狀不規(guī)則的細(xì)小的顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則的六棱柱狀、長(zhǎng)方體狀和類球形形狀，兩者分別由Ti分別與B4C分解出的B和C原子結(jié)合而形成的。反應(yīng)產(chǎn)物的孔結(jié)構(gòu)主要是通孔+閉孔結(jié)構(gòu)，B4C顆粒的分解與消耗，在其位置形成閉孔。通孔的形成主要是因?yàn)槌跏級(jí)号髦写嬖谝恍╅g隙孔，在反應(yīng)過(guò)程中間隙孔發(fā)生遷移及合并及氣體的溢出。隨3Ti+B4C含量的增加，產(chǎn)物致密度提高，即孔

6、隙率降低，抗壓強(qiáng)度先增加后逐漸減小，但整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。
　　(3)在NiAl中添加不同含量的成品TiC+2TiB2合成NiAl/(TiC-TiB2)復(fù)合材料，物相也是由NiAl、TiC、TiB2三相組成。添加增強(qiáng)相后NiAl晶粒也明顯細(xì)化，硬度有所提高。TiC、TiB2主要分布在NiAl晶界，TiC、TiB2不參與反應(yīng)，隨添加量的增加，反應(yīng)放熱量逐漸降低，NiAl熔體量也相對(duì)減少，NiAl相在長(zhǎng)大的過(guò)程中，增強(qiáng)相顆粒會(huì)被推擠到