稀土摻雜強韌化TiAl復合材料的研究.pdf

1、TiAl金屬間化合物具有輕質、高比強度與高比模量、耐磨及耐高溫等優(yōu)良性能，并具有優(yōu)異的高溫力學性能，使用溫度可達到700～1000℃，在航空航天高溫結構材料領域具有廣闊的應用前景。目前，鑄態(tài)Ti-Al金屬間化合物大多存在晶粒粗大、室溫塑性低、超過1000℃部件的高溫強度惡化迅速、以及800℃以上抗氧化性不足等，仍然是其實用化的主要障礙。
　　 在基體材料中引入第二增強相（如：Al2O3、TiC等）是一種提高材料機械性能的方法；微

2、合金化添加劑亦可有效提高材料綜合性能。稀土元素屬表面活性類物質，可以起到促進燒結、提高材料的熱加工性、機械性能、抗氧化性能、耐腐蝕性和耐磨性等。在Ti-Al合金內添加稀土元素，對TiAl合金晶粒的細化效果明顯，對晶界和晶粒有強化作用。采用原位反應熱壓合成工藝，可使材料增強相合成與材料致密化同步完成，簡化了材料復合步驟。同時，增強相是通過組元間的化學反應生成的，其顆粒細小，與基體的界面潔凈、結合強度高，材料的力學性能顯著提高。
　　

3、 本文采用原位反應熱壓工藝，以Sm2O3、Eu2O3、Er2O3為添加劑，利用體系的鋁熱反應過程，在較低溫度下合成了Al2O3/TiAl復合材料。借助差熱分析(DSC)、X-射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)結合能譜分析(EDS)等手段，研究了產物的物相分布、微觀組織結構；通過力學性能測試，探討了材料的斷裂及強韌化機理。
　　 研究表明：Sm2O3、Eu2O3、Er2O3分別摻雜的系統(tǒng)的反應溫度基本相同。體系的反應溫度

4、大約是890℃。Ti-Al-TiO2-Sm2O3系燒結后，其合成產物的物相檢測結果表明：產物由γ-TiAl、α2-Ti3Al、Al2O3以及SmAl相組成；Ti-Al-TiO2-Eu2O3系燒結后，其合成產物由γ-TiA1、α2-Ti3Al、Al2O3以及EuAlO3相組成；Ti-Al-TiO2-Er2O3系燒結后，其合成產物由γ-TiAl、α2-Ti3Al、Al2O3以及Er2O3和Al10Er6O24相組成。微觀結構分析表明：稀土氧

5、化物摻雜的復合材料中，Al2O3顆粒分布于基體交界處，呈彌散狀分布并細化了基體晶粒，Al2O3顆粒小于1μm。力學性能測試表明：產物的密度、相對密度和維氏硬度隨RE2O3摻雜量的增大而增大；抗彎強度和斷裂韌性呈峰值變化，在RE2O3摻雜量為0.0lmol時，達到最大，摻雜0.0lmolSm2O3的材料的彎曲強度最大為573.5Mpa，斷裂韌性最大為l0.54MPa.m1／2。斷口形貌SEM測試表明，材料的斷裂方式主要是準解理斷裂和沿晶斷