網(wǎng)狀結構TiAl金屬間化合物增強Al基復合材料的研究.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)狀預制件的制備工藝研究以及性能檢測；第三部分是網(wǎng)狀結構增強的TiAl/Al復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。旨在通過對這三個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骨架材料的可行性，找出合適的符合性能要求的網(wǎng)絡結構增強TIAl/Al復合材料的制備工藝。 首先，選擇綜合性能良

2、好，已進入實際應用狀態(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合的方法制備出了具有細小晶粒的雙相AlTi合金。 其次，采用有機前驅(qū)體浸漬燒結工藝制備TiAl金屬間化合物網(wǎng)狀預制件。將制備的TiAl合金在高能球磨機球磨，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、空熱處理爐中進行燒結。 TiAl網(wǎng)狀結構件的燒結分兩階段進行，即低溫階段和高溫階段。第一階段在流動的高純氬氣氛圍中進行，從室溫到650℃，升溫速度為50℃/h，650℃保溫1h，有機物及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，從650℃到最高設定溫度，升溫速度為200℃/h，在最高溫度下保溫120min，隨爐冷卻至室溫，得到結構致密的細晶雙態(tài)組織的TiAl網(wǎng)絡骨架。 在相同燒結工藝條件下，網(wǎng)狀預制體的抗

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

5、，通過試驗證明，提高熔煉溫度和預制體的預熱溫度有利于鋁熔液的潤濕，在沒有負壓的情況下，即使加熱到較高的溫度，鋁熔液與網(wǎng)狀預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℃，預制體預熱溫度為800℃的條件下，負壓浸滲獲得了最佳的浸滲效果，鋁基體與網(wǎng)狀TiAl預制體骨架界面結合良好。 對TiAl/Al復合材料試樣進行線掃描分析，骨架和基體結合良好，在界面處有輕微的擴散層，因此界面結合包括機械結合和擴散結合，界面結合牢

6、固。 YiAl/Al復合材料的干摩擦磨損性能明顯優(yōu)于基體金屬，隨著TiAl體積分數(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)狀骨架體積分數(shù)占13.5％的復合材料抗壓縮性能比Al基體提高約18％。 TiAl/Al復合材料的熱