亞微米晶NiAl-Al2O3復(fù)合材料的脈沖電流燒結(jié)與性能研究.pdf

1、NiAl金屬間化合物具有高熔點(diǎn)、低密度和良好的導(dǎo)熱性，有希望成為新一代的高溫結(jié)構(gòu)材料而受到廣泛關(guān)注。然而，室溫塑性差和抗蠕變能力低等缺陷限制了NiAl金屬間化合物作為高溫結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際應(yīng)用。本文通過機(jī)械合金化和燒結(jié)相結(jié)合的方式制備了亞微米晶NiAl-5vol.％Al2O3復(fù)合材料，并通過燒結(jié)-鍛造短流程工藝制備了NiAl-Al2O3前緣模擬件。揭示了機(jī)械合金化過程中粉末形貌、顯微組織和成分變化，分析了球磨設(shè)備和球磨參數(shù)對合金化進(jìn)程的影響

2、；通過熱壓燒結(jié)和脈沖電流燒結(jié)制備了亞微米晶NiAl-Al2O3塊體材料，分析了燒結(jié)參數(shù)和燒結(jié)方法對材料組織和致密度的影響，明確了材料的強(qiáng)韌化機(jī)制和變形機(jī)制；研究了亞微米晶NiAl-Al2O3復(fù)合材料的高溫氧化性能，并探討了稀土元素釔對材料抗氧化性能的影響。
　　NiAl金屬間化合物的機(jī)械合金化受球磨設(shè)備、球磨轉(zhuǎn)速和球磨時(shí)間的影響。行星式球磨機(jī)的能量較低，經(jīng)長時(shí)間球磨也未能實(shí)現(xiàn)NiAl的合金化。攪拌式球磨過程中，在轉(zhuǎn)速為300r/m

3、in時(shí)，經(jīng)100min就能實(shí)現(xiàn)NiAl的合金化。合金化完成后，后續(xù)的球磨在空氣氣氛下進(jìn)行，通過O與剩余Al的反應(yīng)，生成 Al2O3增強(qiáng)相。球磨22小時(shí)后，NiAl和Al2O3的晶粒細(xì)化至納米級別，其晶粒尺寸分別約18nm和35nm。
　　分別采用真空熱壓燒結(jié)（HPS）和脈沖電流燒結(jié)（PCS）制備了亞微米晶NiAl-Al2O3塊體材料。TEM明場像結(jié)果表明，Al2O3在NiAl基體中彌散分布，較大的Al2O3顆粒釘扎在 NiAl基體

4、的晶界處，形成“晶界型”結(jié)構(gòu)。部分較小的Al2O3顆粒被包裹在NiAl晶粒內(nèi)，形成“內(nèi)晶型”結(jié)構(gòu)。與HPS相比，PCS能夠在較低的溫度下制備致密度更高的塊體材料，在1200℃下，由PCS所制備材料的相對密度達(dá)99.7%，NiAl晶粒尺寸約200nm。由于PCS獨(dú)特的燒結(jié)機(jī)制，Al2O3增強(qiáng)顆粒發(fā)生明顯的球化。此外，采用燒結(jié)-鍛造短流程工藝制備了亞微米晶NiAl-Al2O3前緣模擬件，零件具有良好的表面質(zhì)量和很高的致密度，材料利用率高且成

5、本較低。
　　力學(xué)測試結(jié)果表明，由于細(xì)晶強(qiáng)化和彌散相強(qiáng)化，亞微米晶NiAl-Al2O3復(fù)合材料的力學(xué)性能，特別是其室溫壓縮塑性和高溫強(qiáng)度都有了明顯的提高。壓縮測試中，隨應(yīng)變速率的提高，材料的流變應(yīng)力逐漸增加，塑性有所降低；同時(shí)，其韌脆轉(zhuǎn)變溫度逐漸升高。材料的變形機(jī)制受變形溫度的影響，從低溫到高溫，材料的變形機(jī)制分別為結(jié)構(gòu)不變的晶格擴(kuò)散機(jī)制、位錯(cuò)攀移機(jī)制和晶界滑移機(jī)制。
　　亞微米晶NiAl-Al2O3復(fù)合材料具有良好的高溫抗