機(jī)械合金化冷壓燒結(jié)制備Ti-Si金屬間化合物組織與性能的基礎(chǔ)研究.pdf

1、Ti-Si金屬間化合物是現(xiàn)階段最有應(yīng)用前景的高溫結(jié)構(gòu)材料之一，因其較低的密度、較高的硬度及優(yōu)良的抗氧化性能而博得越來越多的關(guān)注。本文采用“機(jī)械合金化-冷壓燒結(jié)”技術(shù)，制備了三種配方(Ti-16.28Si、Ti-15.46Si-5Cu、Ti-14.65Si-10Cu)的Ti-Si金屬間化合物，并對其組織、硬度、彈性模量、斷裂韌性、抗氧化性、耐腐蝕性及耐磨性進(jìn)行了研究，所開展的工作和取得的結(jié)果如下:
　　(1)研討了三種配方材料燒結(jié)體

2、的物相組成、顯微組織及顯氣孔率。結(jié)果表明:Ti-16.28Si配方表面有孔洞，主要由Ti5Si3和Ti5Si4物相組成;加入Cu組元的兩種配方燒結(jié)后的表面都非常致密均勻，主要由Ti5Si3、Ti5Si4、Cu3Si物相組成;三種配方的顯氣孔率分別為7.780％、3.034％和2.400％。三種配方中，Ti-14.65Si-10Cu配方的燒結(jié)體表面質(zhì)量更高。
　　(2)對比研究了三種配方材料的表面硬度、彈性模量及斷裂韌性。結(jié)果表明:

3、三種配方表面的硬度值依次是866.75 HV、1147.60 HV和1176.50 HV，其中Ti-14.65Si-10Cu配方的硬度最高;彈性模量依次是115.5 GPa、118.9 GPa和78.4 GPa，其中Ti-15.46Si-5Cu配方的彈性模量最大;斷裂韌性值依次是6.662 MPa.m1/2、6.285MPa.m1/2和6.439 MPa.m1/2，三種配方的斷裂韌性相差不大。
　　(3)對比研究了三種配方材料在8

4、00℃溫度下氧化80 h的高溫氧化行為。結(jié)果表明:三種配方在單位面積上的增重依次約為9 mg/cm2、5 mg/cm2和1 mg/cm2;氧化膜厚度依次是15μm、10μm和5μm。三者之中，Ti-14.65Si-10Cu配方的抗氧化性能更為優(yōu)異。
　　(4)對比研究了常溫下三種配方材料在1 mol/L的HCl溶液當(dāng)中浸泡100 h的腐蝕行為。結(jié)果表明:Ti-16.28Si和Ti-15.46Si-5 Cu兩種配方經(jīng)過100 h腐蝕

5、后，表面的組織清晰，腐蝕層厚度大約是20μm和5μm; Ti-14.65Si-10Cu的配方腐蝕100h之后，表面變得不平整，且有大量的腐蝕坑，其腐蝕層厚度為8μm左右。相對于其它兩個配方，Ti-15.46Si-5Cu配方的抗腐蝕能力更好。
　　(5)對比研究了干摩擦試驗條件下三種配方材料的摩擦系數(shù)、磨痕寬度及磨損體積。結(jié)果表明:三種配方的摩擦系數(shù)依次是0.1124、0.1137和0.106;磨痕寬度依次是0.2135 mm、0.

6、2150 mm和0.1650 mm;磨損體積依次是0.001298 mm3、0.001325 mm3和0.000599 mm3;對比得出，Ti-14.65Si-10Cu配方的表面摩擦系數(shù)顯著降低，磨損相對較輕，且無明顯的犁溝和粘著現(xiàn)象，其摩擦磨損性能更為優(yōu)異。
　　本研究首次發(fā)現(xiàn)，Ti-16.28Si、Ti-15.46Si-5Cu、和Ti-14.65Si-10Cu三種配方制各的Ti-Si金屬間化合物有著非常致密的組織、較高的硬度及