原位自生(TiBw+TiCp)-Ti制備及TiCp尺寸對復(fù)合材料性能影響.pdf

1、本文采用反應(yīng)熱壓法基于Ti-B4C-C系分別在不同溫度下制備了TiB晶須(TiBw)與TiC顆粒(TiCp)混雜增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料，其中增強(qiáng)體的總體積分?jǐn)?shù)為10％，TiBw與TiCp的體積比為1:1。采用DSC方法分析了熱壓燒結(jié)Ti粉、B4C粉、C粉制備鈦基復(fù)合材料的可行性。采用XRD、SEM、TEM等方法對(TiBw+TiCp)/Ti復(fù)合材料的顯微組織進(jìn)行了研究。測試了復(fù)合材料的室溫拉伸性能、高溫拉伸性能，解釋了(TiBw+TiCp)

2、/Ti復(fù)合材料的混雜強(qiáng)化機(jī)理。最后在室溫、無潤滑條件下，測試了復(fù)合材料的摩擦磨損性能，并對復(fù)合材料的磨損機(jī)制進(jìn)行了探討。
　　熱力學(xué)分析和DSC實驗結(jié)果表明，可以基于Ti-B4C-C反應(yīng)體系，利用Ti-B4C與Ti-C之間的放熱反應(yīng)制備原位自生TiBw與TiCp混雜增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料，并通過控制反應(yīng)溫度來調(diào)節(jié)TiCp的尺寸。微觀組織分析表明，復(fù)合材料中的TiB為棒狀晶須，而TiC為等軸狀或近似等軸狀顆粒，兩種增強(qiáng)體均勻地分布在基體

3、中。由Ti-B4C系原位自生的TiBw與TiCp之間存在共生現(xiàn)象。
　　力學(xué)分析結(jié)果表明，同未增強(qiáng)的純鈦基體相比，復(fù)合材料的硬度、抗拉強(qiáng)度有了很大的提高，但延伸率大幅下降。1100oC下制備的復(fù)合材料具有最佳增強(qiáng)效果，此種復(fù)合材料的室溫抗拉強(qiáng)度比純鈦基體提高了47.6%。在550oC、600oC和650oC下，1100oC下制備的復(fù)合材料都具有最高的抗拉強(qiáng)度，分別比純鈦基體提高了83%、45.9%和57.9%。在高溫下復(fù)合材料也具

4、有良好的塑性。TiBw與TiCp混雜增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制主要有載荷傳遞機(jī)制，細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)制，彌散強(qiáng)化機(jī)制。
　　滑動磨損實驗結(jié)果表明，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)低于未增強(qiáng)材料的摩擦系數(shù)。40—100N載荷條件下，純鈦的摩擦系數(shù)為0.4左右，復(fù)合材料縱向取樣時摩擦系數(shù)為0.2~0.3。鈦基復(fù)合材料的耐磨性能遠(yuǎn)優(yōu)于基體材料，且TiCp尺寸較小的復(fù)合材料具有更好的耐磨損性能。復(fù)合材料與純 Ti的磨損機(jī)制不同，前者主要為輕微的剝層磨損與磨粒磨