【摘 要】
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高温钛基复合材料由于优异的力学性能在航空航天领域应用前景广阔,特别是近α钛基复合材料成为近年研究热点。但随着使用温度提升,由于其本身热强性及热稳定难以平衡问题,致使其存在650℃热障温度,限制其应用发展。因此本文基于以上问题,以Ti60粉、B粉和Y粉为原料,首先利用低能球磨结合热压烧结技术原位合成（TiBw+Y2O3）/Ti60块体,并通过后续挤压加工成功过制备出综合性能优异的（TiBw+Y2O3
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高温钛基复合材料由于优异的力学性能在航空航天领域应用前景广阔,特别是近α钛基复合材料成为近年研究热点。但随着使用温度提升,由于其本身热强性及热稳定难以平衡问题,致使其存在650℃热障温度,限制其应用发展。因此本文基于以上问题,以Ti60粉、B粉和Y粉为原料,首先利用低能球磨结合热压烧结技术原位合成（TiBw+Y2O3）/Ti60块体,并通过后续挤压加工成功过制备出综合性能优异的（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料。基于热压缩实验对烧结态（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料的热变形行为进行探究,并通过建立本构方程和热加工图以确定最佳热加工工艺。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对不同状态的（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料物相、微观组织及断口进行了表征分析。并对烧结态和挤压态（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料进行了力学性能测试评估,探究了（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料微观组织与力学性能之间关系,揭示其强化机制。最后为进一步提高（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料综合力学性能,从增强体长径比角度出发,利用低温等离子烧结（SPS）技术对纳米级TiBw增强Ti60复合材料的制备进行了初步探究。基于球料比3:1,转速220rpm,时间6h的球磨工艺完成原始粉体材料分散。后续应用热压烧结技术（烧结参数1300℃,压力40MPa,保温保压90min）成功制备了3vol.%TiB/Ti60、（3vol.%TiBw+0.15wt.%Y）/Ti60、（3vol.%TiBw+0.30wt.%Y）/Ti60和（3vol.%TiBw+0.45wt.%Y）/Ti60复合材料。（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料中原位生成的微米级晶须状TiB和纳米级至亚微米级等轴状Y2O3呈网状分布于原始Ti60合金球周围,限制了原始β晶粒的长大及α片层的粗化。随着Y含量的增加,局部区域Y2O3呈现短棒状,α片层组织明显细化。α/β相界面处存在少量200nm以下的（Ti,Zr）6Si3析出相。力学性能测试结果表明,3vol.%TiB/Ti60、（3vol.%TiBw+0.15wt.%Y）/Ti60、（3vol.%TiBw+0.30wt.%Y）/Ti60和（3vol.%TiBw+0.45wt.%Y）/Ti60复合材料强度较Ti60合金分别提升了6.42%、7.52%、10.73%和17.05%。其中,TMC0.45复合材料具有最优室温抗拉强度1169MPa,且延伸率为5.61%。基于950℃～1100℃、0.01～1s-1热压缩实验,探究了（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料热变形行为。基于Arrhenius双曲正弦模型建立了（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料本构方程,基于动态材料模型建立（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料在0.2～0.5应变量下的热加工图,表明（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料变形温度在1000℃以上,应变速率为0.01～1s-1为适宜的热加工变形区间。此外,压缩态组织分析表明双相区（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料的变形机制主要以α相的球化为主,而单相区（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料的变形机制主要以β相的动态再结晶为主。应用1200℃、挤压比16:1的热挤压工艺获得挤压态（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料。挤压态（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料具有典型网篮组织,其α片层较烧结态明显细化。增强相沿挤压方向定向排列,分布更加均匀。挤压后α/β相界处仍存在纳米级（Ti,Zr）6Si3相。挤压后（TiBw+Y2O3）/Ti60复合材料力学性能进一步提升。其中挤压态（3vol.%TiBw+0.45wt.%Y2O3）/Ti60复合材料室温抗拉强度为1261MPa,延伸率为10.35%,700℃时（3vol.%TiBw+0.45wt.%Y）/Ti60复合材料的抗拉强度达518MPa。利用SPS烧结技术结合挤压工艺成功制备2vol.%TiBnw/Ti60复合材料。其组织较热压烧结制备材料进一步细化,TiB晶须长径比提高,尺寸为纳米级。挤压后2vol.%TiBnw/Ti60复合材料室温抗拉强度可达1217MPa,延伸率为4.32%,700℃下抗拉强度仍能保持476MPa。室温及高温性能均优于热压烧结制备的3vol.%TiB/Ti60复合材料。
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