SiCf／Ti-6AI-4V复合材料的界面研究

采用扫描电镜、透射电镜和x射线衍射仪研究了用中国制备SiC纤维增强的Ti-6AI-4V复合材料的界面反应，发现在SiC纤维的C涂层和Ti-6AI-4V基体之间形成的界面反应产物为细晶粒和粗晶粒的TiC，而无C涂层的SiCf／Ti．6AI．4V的界面反应产物，从SiC纤维到Ti-6AI-4V基体，依次为细晶粒的TiC＋Ti5Si3、粗晶粒的TiC和Ti3SiC2。还测量了界面反应区厚度并讨论了界面反应机理。     

SiC/Ti-6Al-4V复合材料界面反应的扫描电镜分析

采用扫描电镜分析了国产SiC纤维增强Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,发现不带C涂层的SiC纤维与Ti-6Al-4V反应形成TiC和钛的硅化物,带有C涂层的SiC纤维与Ti-6Al-4V反应仅形成TiC。观察表明C涂层的厚度差别较大。     

SiCf/Ti-6Al-4V复合材料界面反应动力学

SiC纤维增强Ti基复合材料（SiCf／Ti）容易发生界面反应，从而影响其力学性能。开展界面反应和动力学的研究，对于SiCdTi复合材料的制备和服役具有指导意义。采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射分析了SICf／Ti-6Al—4V复合材料的界面反应及其动力学，发现SiC纤维的C涂层与Ti-6Al—4V反应形成粗晶粒的和细晶粒的TiC，长期高温热处理使得界面反应加剧，TiC层加厚，当C涂层完全消耗后，界面反应层中除了TiC外，还出现了Ti3SiC2。研究表明，界面反应层的加厚受元素扩散控制，服从抛物线规律，求出的动力学参数Q为268．8kJ／mol，k为0．0057m/s1/2。     

SiCf/Ti-43Al-9V复合材料的界面反应

利用纤维涂层法和真空热压工艺制备SiC纤维增强γ-TiAl金属间化合物(Ti-43Al-9V)复合材料,采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)仪等研究复合材料的界面反应产物和界面反应产物的生长动力学。结果发现,SiCf/Ti-43Al-9V复合材料的界面反应生成了TiC、Ti2AlC和Ti5Si3,分三层分布。从SiC纤维到Ti-43Al-9V基体,界面反应产物序列为:TiC/Ti2AlC/Ti5Si3+Ti2AlC(颗粒)。界面反应产物的生长受扩散控制并遵循抛物线生长规律,其生长激活能Q和指前因子k0分别为190kJ/mol和2.5×10-5m.s-1/2。与其它Ti合金基的复合材料相比,γ-TiAl基复合材料的界面热稳定性更好。     

热处理对SiC/Ti-6Al-4V复合材料力学性能的影响

测定了经过900℃不同时间热处理的SiC/Ti-6Al-4V复合材料的拉伸强度,并采用全局载荷分配模型计算了复合材料的强度。发现长时间热处理后,复合材料强度的计算值与实测值吻合很好,但该模型对未经热处理的制备态试样的预测值偏高。扫描电镜和透射电镜微观分析表明,随着热处理时间的延长,SiC/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应区增厚而SiC纤维的C涂层逐渐消耗,复合材料的界面结合强度逐渐增加但抗拉伸强度逐渐下降。界面反应形成的反应产物主要为TiC,在C涂层消耗完的区域还形成了Ti5Si3。界面反应是使复合材料力学性能变差的主要原因。     

连续SiC纤维增强钛基复合材料界面反应研究

针对连续SiC纤维增强钛基复合材料界面反应速率、反应产物进行了研究.采用基体-纤维涂覆法和热等静压工艺,制备了连续W芯SiC纤维增强TC17复合材料.对复合材料进行不同温度、不同时间热暴露,通过SEM、TEM、EDS,表征分析了界面反应层厚度、界面处化学成分及界面反应产物类型.结果表明:C涂层能有效保护SiC纤维;界面反应层处的主要元素为Ti和C;制备状态试样的界面反应产物为TiC1-x,靠近C涂层的TiC1-x晶粒较细小,靠近基体TiC1-x晶粒较粗大;高温热暴露使界面反应加剧,反应层厚度增加,反应层的生长符合抛物线规律,反应的动力学参数为频率因子k0=1.33×10-3m·s-1/2,反应激活能Q=243.22 kJ·mol-1.     

SiCf/Ti-22Al-23Nb-2Ta合金复合材料的界面微结构

利用分析电子显微镜（AEM）研究了磁控溅射法＋真空热压方法制备的SiC纤维增强Ti-22Al—23Nb-2Ta（原子分数，％）合金复合材料的界面微结构．该复合材料的纤维／合金界面由细晶粒的TiC＋TiSi层、等轴晶TiC层和（Al，Ti）Nb2相层组成．界面的形成主要是基体合金中的Ti元素与SiC纤维表面的C涂层直接反应生成TiC；同时导致在次层形成贫Ti层和贫Ti层中Nb元素富集，以致形成（Al，Ti）Nb2相．     

SCS—6 SiC／Ti2AlNb复合材料的界面反应及机理

运用量子化学计算理论，求出了有关化合物的热化学参数，并根据有关热力学模型，计算了金属间化合物Ti2AlNb中元素的活度，由此计算了SCS－6 SiC长纤维增强Ti2AlNb金属间化合物复合材料界面反应的Gibbs函数变值△rG,用△rG判据推测了界面反应产物并与透射电镜实验结果进行了对比分析。研究表明，由于Ti2AlNb中原子结合力较Ti3Al强，因而SCS－6 SiC/Ti2AlNb复合材料的界面反应较SCS－6 SiC/Ti3Al轻。反应初期形成晶粒非常细上的TiC,Ti5Si3,晶粒较大的TiC和Ti3Si是由于元素扩散和反应所形成。在对复合材料的热暴露中，这些反应产物均进一步长大，并由于反应Ti3Al C→Ti3AlC，在Ti2AlNb基体中形成一些三元反应产物Ti3AlC晶粒。     

SiCf增强Ti-48Al-1.5Mn复合材料的界面反应

利用透射电子显微镜（TEM）对SiC纤维（SiCf)增强Ti-48Al-1.5Mn复合材料的界面区域进行了分析。结果表明，在材料的复合过程中，SiCf与γ－TiAl基体之间发生了化学反应，形成了TiC1-x,Ti5Si3和Ti2AlC等一系列产物，并对这些产物的形成机制进行了分析。在高温条件下，C，Si原子从纤维向基体扩散和Ti,Al,Mn等原子从基体向纤维扩散，发生了界面反应。     

Fatigue Behavior and Damage Evolution of SiC Fiberreinforced Ti-6Al-4V Alloy Matrix Composites

研究SiC纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti-6Al-4V)室温疲劳行为和损伤演化机制。疲劳试验条件:载荷控制、应力比0.1和加载频率10 Hz。采用疲劳断裂试验建立最大加载应力为600~1200 MPa内SiCf/Ti-6Al-4V的S-N曲线。采用疲劳中止试验以及SEM显微分析研究应力水平对SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤演化的影响。结果表明,SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤萌生模式与演化过程与应力水平密切相关。在高应力水平(Smax=1000 MPa),纤维开裂是主要损伤萌生模式。一旦2或3根纤维断裂后,纤维裂纹和基体裂纹开始联接并形成宏观扩展裂纹。在中等应力水平(Smax=800 MPa),基体裂纹萌生与扩展是主要损伤模式。多条基体裂纹萌生于试样外表面棱边和离外表面附近试样内部开裂的纤维基体界面处。基体裂纹均沿垂直于加载方向扩展,且大部分纤维未断裂并纤维桥接基体裂纹。在低应力水平(Smax=600 MPa),仅在C涂层和界面反应层之间和C涂层内部观察到局部界面脱粘现象。     

SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性

采用三点弯曲法测定了SiC纤维单向增强的Ti-6Al-4V复合材料的表观断裂韧性,讨论了界面反应对断裂韧性的影响.研究结果表明,在裂纹尖端塑性变形区的未断纤维的桥联对复合材料的断裂韧性起很大的作用.经过热处理后,SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性降低,主要是由于严重的界面反应,使得SiC纤维受到一定的损伤,因而降低了纤维的承载能力,并使基体钛合金的脆性增大.     

机械合金化制备纳米晶Ti-6Al-4V合金

采用机械合金化制备Ti-6Al-4V粉末。结果表明:采用机械合金化可以制备纳米晶Ti-6Al-4V合金粉,其反应机理以扩散为主,该固态反应是缺陷能和碰撞能共同作用的结果;随球磨时间延长,部分V固溶于Ti中形成置换固溶体Ti(V),球磨过程中没有中间相生成。球磨40 h后都能获得纳米晶,60 h的粉末为纳米晶和非晶的混合物,晶粒尺寸小于60 nm;60 h后晶粒尺寸变化缓慢。球磨后Ti、Al、V的原子比近似为90:6:4,与Ti-6Al-4V元素成分一致。     

The in situ synthesis and wear performance of a metal matrix composite coating reinforced with TiC-TiB2 particulates, formed on Ti-6Al-4V alloy by a low oxygen partial pressure fusing technique

A metal matrix composite coating reinforced with TiC-TiB₂ particulates has been successfully fabricated utilizing the in situ reaction of Al, Ti and B₄C by the low oxygen partial pressure fusing technique to improve the wear resistance of Ti-6Al-4V alloy. The results show that increasing the B₄C content is adverse to forming the coating for the formation of interfacial stress; however, the addition of TiC powder as a diluent can favor the formation of this coating and the addition of small amounts of Y₂O₃ can greatly improve the adhesion of the coating. After a pin-on-disc wear test, the wear mass loss of the coating is only about 1/12 that of the Ti-6Al-4V alloy and the wear mechanism of coating is a mixed type of slight peeling-off, adhesion and abrasion.     

Ti-6Al-4V钛合金固体渗硼法表面改性

对TC4钛合金(Ti-6Al-4V)进行表面渗硼使其表面硬度显著提高.渗硼温度为1000℃到1050℃,渗硼时间为5 h到20h.文内测量和比较了渗硼后钛合金表面的微结构、形貌、相组成等性质,研究了渗硼过程中Ti,Al,V,B等元素的扩散行为.在低温短时间渗硼时,渗硼层厚度仅0.8μm,而在高温长时间渗硼时,渗硼层厚度可达15 μm.实验证明,渗硼层由TiB和TiB2两相组成,并且它们的含量随渗硼温度提高而增加.渗硼层表面主要含TiB2,其显微硬度可达2200 HV0.01,渗硼层内表层主要含TiB,其显微硬度为1100 HV0.01.渗硼层的硬度远高于TC4钛合金的硬度.     

工艺参数设置和厚度对电子束熔融加工Ti-6Al-4V合金微观结构的影响

研究了试件尺寸和工艺参数(电子束强度,扫描速度,焦点偏移量和扫描长度)对电子束熔融(EBM)加工Ti-6Al-4V合金微观结构的影响。结果表明,可以观察到EBM加工的Ti-6Al-4V合金的微观结构由原始β相的柱状晶粒组成。在柱状晶粒内部观察到典型的(α+β)结构,即魏氏体α片和在细小的α晶粒的界面上形成的杆状β相。还发现沿原始β柱状晶粒的晶界形成的α层晶界。随着试件厚度、电子束能量密度和扫描长度的增加,先前的β柱状晶粒的直径增大,并且生长的方向与加工方向一致。同时,柱状晶粒直径随着试件高度的增加而减小。随着试件厚度和电子束能量密度的增加,α片会变得更粗大。