網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)TiAl金屬間化合物增強(qiáng)Al基復(fù)合材料的研究.pdf

1、本課題的研究主要分為三大部分，第一部分是TiAl金屬間化合物制備工藝的研究；第二部分是TiAl金屬間化合物網(wǎng)狀預(yù)制件的制備工藝研究以及性能檢測；第三部分是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的TiAl/Al復(fù)合材料的制備工藝研究、骨架和基體的界面分析和性能測試。旨在通過對(duì)這三個(gè)部分制備工藝分析和性能測試，研究TiAl金屬間化合物作為一種新型增強(qiáng)骨架材料的可行性，找出合適的符合性能要求的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)TIAl/Al復(fù)合材料的制備工藝。 首先，選擇綜合性能良

2、好，已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)的Ti-47Al-2Cr-2Nb合金作為要研究的骨架材料，以高能球磨和真空熱處理相結(jié)合的方法制備出了具有細(xì)小晶粒的雙相AlTi合金。 其次，采用有機(jī)前驅(qū)體浸漬燒結(jié)工藝制備TiAl金屬間化合物網(wǎng)狀預(yù)制件。將制備的TiAl合金在高能球磨機(jī)球磨，得到平均粒徑約為8υm的粉體，加入適量去離子水，用PVA作為粘結(jié)劑制成漿料，選用聚氨酯泡沫塑料作為浸漬骨架，通過擠壓和離心甩料，將漿料均勻涂掛到泡沫體孔筋上，烘干以后在真

3、空熱處理爐中進(jìn)行燒結(jié)。 TiAl網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)件的燒結(jié)分兩階段進(jìn)行，即低溫階段和高溫階段。第一階段在流動(dòng)的高純氬氣氛圍中進(jìn)行，從室溫到650℃，升溫速度為50℃/h，650℃保溫1h，有機(jī)物及PVA等在該階段得到緩慢完全的揮發(fā)。第二階段在真空中燒結(jié)，從650℃到最高設(shè)定溫度，升溫速度為200℃/h，在最高溫度下保溫120min，隨爐冷卻至室溫，得到結(jié)構(gòu)致密的細(xì)晶雙態(tài)組織的TiAl網(wǎng)絡(luò)骨架。 在相同燒結(jié)工藝條件下，網(wǎng)狀預(yù)制體的抗

4、壓強(qiáng)度隨著孔隙率的下降逐漸增加；空隙率為86.5％的TiAl骨架抗壓強(qiáng)度可達(dá)0.93MPa，而孔隙率為94.3％時(shí)，抗壓強(qiáng)度僅為0.1MPa左右。當(dāng)燒結(jié)溫度在1380℃時(shí)，網(wǎng)狀預(yù)制件具有最佳的燒結(jié)效果，既能保持很高的通孔率又保證了材料具有較高的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)超過1400℃時(shí)，抗壓強(qiáng)度降低。 本課題采用負(fù)壓浸滲工藝完成鋁液對(duì)網(wǎng)狀TiAl預(yù)制體的浸滲。負(fù)壓條件、TiAl骨架的預(yù)熱溫度和浸滲溫度是鋁熔液對(duì)網(wǎng)狀預(yù)制體浸滲質(zhì)量影響的重要因素

5、，通過試驗(yàn)證明，提高熔煉溫度和預(yù)制體的預(yù)熱溫度有利于鋁熔液的潤濕，在沒有負(fù)壓的情況下，即使加熱到較高的溫度，鋁熔液與網(wǎng)狀預(yù)制體之間仍然難以很好的浸滲。本課題中選用鋁熔液熔煉溫度為800℃，預(yù)制體預(yù)熱溫度為800℃的條件下，負(fù)壓浸滲獲得了最佳的浸滲效果，鋁基體與網(wǎng)狀TiAl預(yù)制體骨架界面結(jié)合良好。 對(duì)TiAl/Al復(fù)合材料試樣進(jìn)行線掃描分析，骨架和基體結(jié)合良好，在界面處有輕微的擴(kuò)散層，因此界面結(jié)合包括機(jī)械結(jié)合和擴(kuò)散結(jié)合，界面結(jié)合牢

6、固。 YiAl/Al復(fù)合材料的干摩擦磨損性能明顯優(yōu)于基體金屬，隨著TiAl體積分?jǐn)?shù)的增加，其磨損率降低。網(wǎng)狀TiAl在磨損表面形成微凸體起承載作用，減輕了基體的塑性變化和高溫軟化，減少了摩擦偶件同基體的接觸，降低了粘著磨損，從而有效地降低了材料的磨損量。 TiAl/Al復(fù)合材料的抗壓縮性能明顯高于基體Al，TiAl網(wǎng)狀骨架體積分?jǐn)?shù)占13.5％的復(fù)合材料抗壓縮性能比Al基體提高約18％。 TiAl/Al復(fù)合材料的熱