Ti2AlN顆粒三維網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、本文采用粉末冶金與原位合成相結(jié)合的方法制備了 Ti2AlN顆粒網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng) TiAl基復(fù)合材料，探索了利用氣體滲氮的方法對(duì) Ti粉進(jìn)行表面成分改性，并利用這種改性后的Ti粉與Al粉經(jīng)真空熱壓燒結(jié)在 TiAl基體中合成出具有連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的Ti2AlN陶瓷增強(qiáng)相。重點(diǎn)分析了滲氮工藝、原始粉料配比以及熱壓燒結(jié)工藝對(duì)所制備的復(fù)合材料組織與性能的影響。
　　研究表明，粒徑為25μm的金屬Ti粉在600℃純氮?dú)猸h(huán)境內(nèi)可以氮化，生成富氮相 Ti2N

2、，隨著滲氮時(shí)間的延長(zhǎng)，Ti粉表面 N濃度提高，并可形成穩(wěn)定的TiN相。經(jīng)過滲氮處理的Ti粉，與Al粉均勻混合后進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，可以得到增強(qiáng)相呈連續(xù)三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng) TiAl基復(fù)合材料。最優(yōu)滲氮工藝為600℃純氮?dú)夥罩斜?8h后空冷。
　　在真空熱壓燒結(jié)中的原位合成反應(yīng)過程中，消耗基體中Ti量是Al的兩倍，使得復(fù)合材料基體中Al含量過剩，因此需要改變?cè)?Ti、Al配比，經(jīng)過熱壓燒結(jié)制備并可利用隨后熱處理得到

3、不同成分和組織基體的三維網(wǎng)絡(luò)Ti2AlN/TiAl復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)表明通過改變?cè)嫉腡i（N）、Al粉末混料比，可以在不影響網(wǎng)絡(luò)陶瓷增強(qiáng)相形成的條件下，調(diào)控 TiAl基體的成分及組織狀態(tài)。調(diào)節(jié)混料時(shí) Ti（N）、Al的比例，可以分別得到富 Al的TiAl2相、單相TiAl、雙態(tài)、近片層、全片層TiAl系組織。
　　三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明，該網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)復(fù)合材料在室溫下彎曲強(qiáng)度較低，不足300MPa；而在高溫下具有較高的強(qiáng)度，800℃下彎曲

4、強(qiáng)度最高，達(dá)到了678MPa，至1000℃強(qiáng)度仍高于400MPa；彎曲斷口分析表明，在溫度較低時(shí)斷裂面穿過 TiAl基體顆粒，增強(qiáng)體其對(duì)裂紋的延展有阻礙作用，但隨著溫度的升高，晶界及基體與增強(qiáng)體界面結(jié)合強(qiáng)度下降，斷裂多呈沿晶特征。
　　壓縮試驗(yàn)中可以得到網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng) Ti2AlN/TiAl復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度隨著溫度的提高逐漸降低，在室溫（25℃）或800℃階段試樣沿剪切應(yīng)力最大方向發(fā)生脆斷，強(qiáng)度與TiAl合金及同體積分?jǐn)?shù)顆粒增強(qiáng) Ti

5、2AlN/TiAl復(fù)合材料相比均有提高；而在高溫壓縮（900℃、1000℃）過程中基體材料發(fā)生軟化使得壓縮形變可以進(jìn)行，其強(qiáng)度較 TiAl合金最多可提高35％，而與同體積分?jǐn)?shù)顆粒增強(qiáng) Ti2AlN/TiAl復(fù)合材料幾乎持平，壓縮組織分析表明，此時(shí)增強(qiáng)體網(wǎng)絡(luò)狀分布破壞，退化為顆粒增強(qiáng)；網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng) Ti2AlN/TiAl復(fù)合材料的基體為近片層組織時(shí)的壓縮強(qiáng)度在800℃以上均高于以γ-TiAl為基體的，在900℃強(qiáng)化的幅度較800℃時(shí)有明顯的提