機(jī)械合金化+熱壓制備TaCr2-Ta復(fù)合材料的組織與性能研究.pdf

1、Laves相 TaCr2金屬間化合物具有高熔點(diǎn)、高溫強(qiáng)度高、高溫抗氧化及抗蠕變性能好，極有潛力成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)用新型高溫結(jié)構(gòu)材料。然而嚴(yán)重的室溫脆性是阻礙它實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的主要障礙。難熔金屬鉭富有延展性及高熔點(diǎn)等特性，因此合理設(shè)計(jì)富Ta成分的TaCr2/Ta復(fù)合材料將有可能成為改善TaCr2金屬間化合物室溫脆性的有效方法之一。
　　本文以-200目高純 Ta粉和Cr粉作為實(shí)驗(yàn)原料，合金名義成分分別為Cr-40Ta、Cr-50Ta、Cr

2、-62.5Ta、Cr-75Ta、Cr-85Ta（原子百分比），對(duì)應(yīng)Laves相TaCr2的體積百分含量分別為87.5％、70%、50%、31.8%、18.4%。采用機(jī)械合金化+熱壓燒結(jié)技術(shù)制備TaCr2/Ta復(fù)合材料，在粉末熱壓燒結(jié)致密化過(guò)程中實(shí)現(xiàn)原位反應(yīng)合成 Laves相 TaCr2，綜合細(xì)晶化和軟第二相協(xié)同增韌，獲得不同 Laves相含量的兩相 TaCr2/Ta復(fù)合材料。利用 OM、XRD、SEM、EDS等分析手段研究不同成分和熱壓

3、工藝對(duì)TaCr2/Ta復(fù)合材料組織與性能的影響。
　　研究結(jié)果表明，在1350℃×180min熱壓工藝條件下制備的TaCr2/Ta復(fù)合材料充分反應(yīng)合成出Laves相TaCr2，所有成分熱壓試樣的致密度超過(guò)了94%，微觀組織顯示兩相間隔、均勻分布。隨著 Ta含量的增加，TaCr2/Ta復(fù)合材料的致密度、斷裂韌性、抗壓強(qiáng)度和塑性應(yīng)變均逐漸增加。Cr-85Ta試樣獲得最高的致密度達(dá)98.5%，接近全致密，斷裂韌度大于6.12MPa?m1

4、/2，相比熔鑄法制備的單相 TaCr2合金（約1MPa? m1/2）有較大幅度提高，抗壓強(qiáng)度和塑性應(yīng)變分別為3752MPa、28.6%。獲悉了Cr-85Ta為最佳組織與性能的合金成分。
　　隨著熱壓溫度的提高和熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，Cr-85Ta試樣的致密度、抗壓強(qiáng)度和塑性應(yīng)變均逐漸增加。采用1350℃×180min熱壓工藝制備的 Cr-85Ta試樣獲得最高的致密度、抗壓強(qiáng)度和塑性應(yīng)變，分別為98.5%、3752MPa和28.6%。隨著

5、熱壓溫度的提高，Cr-85Ta試樣的維氏硬度逐漸升高，屈服強(qiáng)度逐漸下降。而延長(zhǎng)熱壓時(shí)間，熱壓120min成為力學(xué)性能的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在熱壓120min后Cr-85Ta試樣的維氏硬度、屈服強(qiáng)度呈逐漸下降趨勢(shì)。1350℃×120min熱壓工藝制備的Cr-85Ta試樣獲得最高的維氏硬度7.7GPa，其屈服強(qiáng)度為2097MPa。斷裂韌性的變化規(guī)律與維氏硬度相似，1300℃×120min熱壓工藝制備的Cr-85Ta試樣的斷裂韌度為6.12MPa?m1/