原位合成層狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料的制備方法與組織性能研究.pdf

1、鑒于原位自生顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料在提高材料比強(qiáng)度和比剛度的同時(shí)，會(huì)不可避免地使材料的塑性和韌性降低，本研究借鑒自然界中具有優(yōu)異力學(xué)性能的生物材料微觀結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)出多層結(jié)構(gòu)的原位自生鈦基復(fù)合材料。借助顯微組織和力學(xué)性能分析，研究層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)鈦基復(fù)合材料強(qiáng)度和塑性的影響規(guī)律與內(nèi)在機(jī)制，并逐漸優(yōu)化工藝，開(kāi)發(fā)出較為簡(jiǎn)單和高效的層狀鈦基復(fù)合材料原位合成方法。
　　固態(tài)滲碳處理能夠顯著強(qiáng)化Ti-6Al-4V合金及其復(fù)合材料的表面，相比于未

2、處理材料其硬度可以提高一倍，在此基礎(chǔ)上，本研究通過(guò)離子滲碳結(jié)合熱壓連接的方法制備出純鈦片和滲碳鈦片交替層疊的層狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料。但是由于滲碳鈦片表面脆性過(guò)高導(dǎo)致層間界面容易開(kāi)裂，層狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料表現(xiàn)出低應(yīng)力脆性破壞的特征，斷裂延伸率僅為0.53%。
　　借助粉末冶金方法的高度可設(shè)計(jì)性，結(jié)合純鈦與LaB6化合物的自發(fā)原位反應(yīng)，采用1300℃真空燒結(jié)制備了相對(duì)密度95%以上的層狀結(jié)構(gòu)Ti-(TiB+La2O3)/Ti復(fù)合材料，并

3、引入1050℃的高溫?zé)彳垉?yōu)化顯微組織。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：加工態(tài)復(fù)合材料中孔隙缺陷完全消失，基體晶粒明顯細(xì)化；復(fù)合層中團(tuán)聚的增強(qiáng)體顆粒與 Ti-La-O絮狀顆粒被分散并沿軋制方向排列；層狀結(jié)構(gòu)Ti-(TiB+La2O3)/Ti復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，與均勻增強(qiáng)的(TiB+La2O3)/Ti復(fù)合材料相比強(qiáng)度降低不足4%，但是延伸率卻從13%提高到17%，增加了30%以上。
　　采用改進(jìn)的粉末冶金結(jié)合熱加工方法制備了不同增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)

4、的層狀結(jié)構(gòu)Ti-(TiB+TiC)/Ti復(fù)合材料。結(jié)果表明：1200℃真空熱壓燒結(jié)后，復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)完全致密化；950℃熱鍛處理后，復(fù)合層中團(tuán)聚的增強(qiáng)體被分散，純鈦層α晶粒沿鍛造方向排列；層狀鈦基復(fù)合材料室溫抗拉強(qiáng)度較純鈦提高近一倍，退火后延伸率明顯提升；同時(shí)，隨增強(qiáng)體含量增加，強(qiáng)度稍有提高，但塑性下降較為明顯，其中TiB和TiC含量為5%層狀復(fù)合材料具備優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，與增強(qiáng)體含量15%相比強(qiáng)度降低僅4%，而延伸率增加3.8倍。