原位合成TiBw增强钛基复合材料的组织及性能研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hnyinhao
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钛基复合材料由于具有高比强度、高硬度和良好的生物相容性等优点在航空航天、医疗器械等领域有着广泛的应用。粉末冶金法由于样品制备温度低、成分可控、显微组织细小等特点,已被广泛用于钛基复合材料的制备。然而,由于钛合金在高温下化学性质活泼,在制备的过程中易受杂质污染,大大限制了粉末冶金法在钛合金及其复合材料制备中的发展。为此,本文使用TiH2作为原料,利用TiH2中杂质较少以及烧结时自清洁等特点,制备新型钛合金基复合材料,研究了复合材料组织、性能及后续处理对组织性能演变的影响。首先以TiH2及其他中间合金为基体、TiB2粉末作为反应物,通过球磨将粉末混合均匀,利用冷等静压及真空烧结的方式制备TiBw/Ti-5.5Al-1.5Mo-1.5Zr-1.5V-2Cr-3Nb新型钛基复合材料,研究不同硼含量对复合材料微观组织、力学性能及摩擦性能的影响;其后,对烧结态复合材料进行热处理,探究了TiBw增强相对热处理过程中组织演变的影响,以及对比不同固溶温度下复合材料的组织及综合性能,探索出良好的热处理工艺;最后,对复合材料进行热加工,研究了热加工对复合材料微观组织及摩擦磨损性能的影响并且分析了复合材料板材各向异性的机理。研究结果表明:TiBw增强相可以钉扎晶界并抑制α相长大从而减小α相尺寸并且由于其强烈的氧聚集效应可以减少基体中边界α相以及促进板条α相球化,随着复合材料中硼含量的提高,增强相数量提高,样品的力学性能以及耐磨性能的都得到了提高,当硼含量达到1.8wt.%时增强相团聚严重并且组织中出现TiB2,使得性能恶化;增强相在热处理过程中可以阻碍高温β相形成,对经过不同温度固溶处理的复合材料进行组织观察及性能研究,发现固溶温度越高,复合材料中转变β相越多,其力学性能及耐磨性能越好;复合材料经过β相区热加工后,由于增强相与基体变形不协调,造成增强相附近位错塞积,促进复合材料基体的组织的再结晶,细化基体组织,并且轧制破损了TiB短棒使之分布更加均匀,提高了复合材料的耐磨性能。此外,轧制态复合材料出现了各向异性,并且垂直于轧制方向的耐磨性能要好于沿轧制方向的耐磨性能。
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