原位合成TiC和TiB增强钛基复合材料的微观结构与力学性能

利用钛与Ｂ４Ｃ之间的自蔓延高温合成反应经普通的熔钐工艺原位合成制备了ＴｉＣ、ＴｉＢ增强的钛基复合材料。光学金相、ＥＰＭＡ、ＴＥＭ和Ｘ射线衍射的研究结果表明：存在匠两种不同形状的增强体,即短纤维状ＴｉＢ晶须和等轴、近似等轴状ＴｉＣ粒子。ＴｉＢ、Ｔｉ基体界面洁净,没有明显的界面反应,而ＴｉＣ、Ｔｉ基体界面有非化学配比的ＴｉＣ过度层存在。由于增强体承受载荷,基体合金晶粒细化以及高密度位错的存在,制备钛基     

原位生成TiC颗粒增强Ti基复合材料的显微组织

采用粉末冶金方法，通过Ti与Cr3C2反应原位生成TiC颗粒增强钛基复合材料。利用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）等手段对其相组成和显微组织进行了研究。结果表明：通过Ti与Cr3C2反应能够原位生成TiC颗粒，生成的TiC颗粒呈多角状，粒度在几十纳米到50μm范围内；Cr3C2中的Cr固溶在Ti基体中，使基体由α＋β两相合金转变成为亚稳态β型钛合金。     

不同碳源TiC/Ti复合材料的显微组织及力学性能

采用原位熔铸法制备了不同TiC添加量以及不同碳源(碳粉末、碳纤维和碳纳米管)的TiC/Ti复合材料,研究了TiC添加量和碳源种类对铸态和锻态TiC/Ti复合材料显微组织的影响,并对不同碳源制备的铸态和锻态复合材料进行了断裂韧性和室温压缩性能测试。结果发现,TiC/Ti复合材料主要由α-Ti和TiC组成;α片层宽度随着TiC体积分数的增加逐渐下降,TiC呈条状或片状。经过锻造,TiC呈近等轴状,α片层进一步细化。以碳粉末作为原位反应碳源制备的铸态TiC/Ti复合材料,断裂韧性较高,以碳纤维和碳纳米管作为碳源时,断裂韧性较低;以不同碳源制备的铸态复合材料,室温抗压强度和屈服强度无明显差异。     

等温挤压变形量对TiB+TiC增强钛基复合材料组织和室温力学性能的影响

塑性变形在提高原位自生非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)强度的同时可改善塑性,但高的屈强比使其变形工艺非常敏感,压缩了适合变形的工艺区间,加大了变形加工难度。为此,提出了钛基复合材料(TMCs)等温挤压方法并成功制备出强塑性匹配较好的颗粒增强TMCs,研究了挤压变形量对其微观组织演化及综合性能变化规律的影响。结果表明,挤压过程中增强体TiB晶须和TiC颗粒断裂并实现二次分布,使TMCs中增强体分布得到合理有效控制,当挤压比从7增大到10时,TiB晶须长径比明显减小,但随后趋于稳定。随着变形量增加,α相内发生连续动态再结晶,形成与片层厚度相当的沿着原始片层呈竹节排布的细小等轴晶粒。从力学性能测试结果可知,在温度较低的两相区(985℃)进行等温热挤压变形,DRTMCs强度可达1 111 MPa,延伸率为15.7%,实现了较好的强塑性匹配。     

TiBw与TiCp原位增强钛复合材料的高温蠕变特性

分别对增强相体积分数为15%的TiBw/Ti和（TiBw TiCp）/Ti复合材料及相应的基体在798-848K范围内进行了蠕变行为研究，结果表明，两种复合材料的应力因子分别为4.6-4.7和4.3-4.5，激活能为294和343kJ/mol，比纯钛的昌格扩散激活能高，两种复合材料的抗蠕变能力均比基体好，而（TiBw TiCp)/Ti的抗蠕变性能比TiBw/Ti还要好，此外，实验表明在三种材料中都没有门槛应力存在，两种复合材料的蠕变机制均为位错攀移机制。     

原位合成TiB和TiC增强钛基复合材料热力学

根据热力学理论编程计算了钛与Ｂ４Ｃ反应的反应生成焓ΔＨ与Ｇｉｂｂｓ自由能ΔＧ以及反应式（ｘ＋５）Ｔｉ＋Ｂ４Ｃ＝ｘＴｉ＋４ＴｉＢ＋ＴｉＣ的绝热温度。计算结果表明：钛与Ｂ４Ｃ反应释放出大量热,反应能自发维持,而过量钛与Ｂ４Ｃ反应更易生成ＴｉＢ和ＴｉＣ增强体。由于钛作为稀释剂吸收热量,随着过剩钛含量的增加,反应的绝热温度逐渐下降,过剩钛完全熔解的初始温度逐渐升高。     

原位反应制备细颗粒TiB2增强铝基复合材料研究

热力学分析和试验结果证实，KBF4、Ti反应剂以一定的Ti／B原子比混合加入熔体，最终反应生成单一TiB2相，能抑制TiAl3等其它相的产生。在此基础上，分析比较了反应剂混合粉以预制块形式加入、气流载入熔体两工艺条件下的TiB2颗粒分布、大小。结果表明：通过氩气流载入反应混合粉，并快速搅拌熔体，可克服TiB2颗粒在晶界的团聚，细化颗粒，获得颗粒小于0．5um、且较均匀分布的TiB2／Al复合材料。     

不同(TiB+TiC)含量对颗粒增强钛基复合材料组织和性能的影响

利用海绵钛与B4C粉末之间的自蔓延高温合成反应,经普通熔铸工艺制备了TiB晶须和TiC粒子增强的钛基复合材料.研究了不同TiC、TiB含量对颗粒增强钛基复合材料组织和性能的影响.     

TiC颗粒增强钛基复合材料的制备及其微观组织

采用直接加入TiC粉的方法制备了原位自生TiC增强钛基复合材料，此法与国内研究者常用的加入石墨粉的方法相比，制备的复合材料成分准确，易于控制。制备的复合材料由Ti和TiC相组成，其中TiC为初生树枝状和短棒状共晶组成。TEM研究发现：还存在0．3-0．6μm的规则块状TiC，多分布在晶界上；TiC颗粒与基体界面干净、无反应层，基体中存在较多的位错，且位错线上存在析出物。     

TiC含量对微波烧结TiC/TC4复合材料组织和性能的影响

通过微波烧结法制备TiC/TC4复合材料,研究不同质量分数增强相TiC(0%、5%、10%、15%)对钛基复合材料显微组织和性能的影响。结果表明:TiC/TC4复合材料只有TiC和基体α-Ti+β-Ti 3种物相组成。随着增强相TiC含量增加,TiC/TC4复合材料相对密度、显微硬度(HV)、室温抗压缩强度均提高,分别达到98.01%、6610 MPa、1789 MPa,其相对密度与有关文献中的真空烧结相比提高2%~6%,其抗压强度与熔铸法制备的铸态钛基复合材料相比提高5%~15%。随TiC含量增加,TiC/TC4复合材料耐磨性提高,摩擦系数在0.25~0.30之间,其室温磨损机制由磨粒磨损和粘着磨损转变为轻微的剥层磨损。     

原位合成钛基复合材料增强体TiC的微结构特征

利用钛与石墨之间的自蔓燃高温合成反应经普通的钛合金铸造工艺制备了TiC增强的钛基复合材料。借助X射线衍射仪、光学金相显微镜和透射电镜分析了钛基复合材料的物相组成和增强体的微观结构。结果表明 :复合材料由TiC增强体和基体钛合金组成。TiC显示两种不同的形态 :树枝晶状和等轴或近似等轴状。原位合成的增强体TiC以溶解析出的方式生长。从二元相图分析 ,凝固过程经历三个阶段 :初晶TiC ,二元共晶 β Ti TiC和固态相变。由于成分过冷的形成 ,初晶TiC以树枝晶的形态生长。二元共晶TiC以等轴或近似等轴状生长。少量的TiC在形核与长大的过程中形成孪晶结构 ,孪晶面是 (111)面     

原位增强TiB2/Al-4.5Cu复合材料的组织与力学性能

通过不同配比的混合盐体系(K2TiF6-KBF4-Na3AlF6-Al-4.5Cu )制备原位增强TiB2/Al-4.5Cu复合材料,分析该复合材料的凝固组织,测试其力学性能,并与基体合金进行对比.结果表明:K2TiF6-KBF4-Na3AlF6在Al-4.5Cu合金熔体中能够反应生成弥散分布的TiB2颗粒,从而起到细化和强化基体的作用.当K2TiF6和KBF4混合物加入量w为基体的20%时,复合材料的力学性能最优,抗拉强度σb达到414.3 MPa,伸长率δ为4.2%,硬度HB为132,分别比基体提高54%,35%,40%.     

原位反应生成纳米TiB2颗粒增强铝基复合材料的研究近况

综述了近年来原位反应生成TiB2/Al基复合材料的主要制备方法、反应机理、性能,以及提高TiB2颗粒分布均匀性的工艺,归纳了目前研究中存在的主要问题,并且指出了今后的研究方向.     

原位[TiB2(p)+TiCp]/Fe复合材料的制备和微结构

热力学分析表明，Fe-Ti-B-C熔体具有反应生成TiB2和TiC的可能性，TiB2和TiC热力学稳定性相当。试验结果表明，利用Fe-Ti-B-C熔体反应可以制备TiB2和TiC颗粒增强铁基复合材料，TiB2颗粒和TiC颗粒均匀分布于α-Fe晶粒中，TiB2颗粒比TiC颗粒具有更大的平均尺寸。     

原位合成（TiB＋TiC）／Ti6242基复合材料高温氧化行为

研究了（TiB＋TiC）／Ti6242基复合材料在550℃，600℃和650℃空气中恒温氧化行为。用X射线衍射仪（XRD）和配有能谱仪（EDS）的扫描电子显微镜（SEM）对氧化层表面的相组成、形貌以及氧化层剖面的显微结构进行了分析，并分析了各元素对钛基复合材料氧化动力学行为的影响。结果表明：（TiB＋TiC）／Ti6242基复合材料的氧化层由一系列薄层组成：增强体TiB提高抗氧化性优于TiC，加工可以提高其抗氧化性；氧化动力学曲线主要为抛物线类型。     

B_4C/TA19复合材料显微组织和力学性能研究

纳米碳化硼(B_4C)颗粒与TA19钛合金球形粉末经球磨混合后,采用放电等离子烧结技术(SPS)成功制备出增强相呈准连续网状分布的B_4C/TA19复合材料。研究了增强体B_4C对复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,B_4C颗粒的加入可以明显提高材料的抗拉强度,当B_4C颗粒的添加量为0.5%时,复合材料的抗拉强度从原始的986.8 MPa提高至1191.2 MPa,提升幅度达20.7%。当B_4C添加量为0.1%时,复合材料具有较为优异的强塑性匹配,抗拉强度为1065.3 MPa,相比TA19钛合金提高了8.0%,延伸率为13.4%。复合材料的强化机理主要为细晶强化及网状结构的界面强化。     

原位反应纳米TiB2/Cu复合材料的制备和微结构

利用原位反应技术 ,通过控制反应物B2 O3 和石墨的含量制备了原位生长纳米TiB2 增强Cu基复合材料。用XRD ,EDS ,TEM对TiB2 /Cu原位复合材料进行微结构分析 ,研究表明铜基体中弥散分布着 5 0nm的TiB2颗粒 ,并对Cu基体有良好的增强作用。     

TiC颗粒增强钛基复合材料细观动态力学性能

基于不动点迭代法提出宏细观多尺度计算方法对颗粒增强钛基复合材料的静动态力学性能进行研究。采用该多尺度计算方法可以将复合材料的宏观力学性能与材料的微观结构相联系,通过迭代法从宏观角度为单胞模型提供真实的物理边界条件,将该边界条件施加到单胞有限元模型,对其进行有限元分析可最终获得复合材料的宏观力学性能。在与试验结果比较的基础上,预测颗粒形状、颗粒的体积分数、颗粒大小以及界面强度对TiC颗粒增强钛基复合材料静动态力学性能的影响,为颗粒增强钛基复合材料力学性能的优化设计提供依据。     

TiC含量对高温钛基复合材料组织与性能的影响

通过真空非自耗熔炼工艺制备了不同TiC含量(1,2.5,5,7.5,10,15vol.%)的近α高温钛合金基复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和万能材料试验机,系统研究了TiC_p含量对近α高温钛合金基复合材料显微组织和力学性能的影响规律。研究结果表明,可以利用Ti与C之间的原位反应制备TiC/Ti复合材料,随着TiC含量的升高,TiC的形态逐渐由长条状向等轴状、枝晶状发展,其不同的形态主要是由其凝固路径决定的。室温压缩性能表明,随着TiC含量的升高,抗压强度和屈服强度明显升高,但达到一定值后强度有不同程度的降低,而压缩率随着TiC含量的升高明显降低。     

放电等离子原位烧结制备TiC＋TiB／Ti复合材料

采用放电等离子烧结（SPS），通过Ti与B4C之间的原位反应合成TiC＋TiB／Ti复合材料。首先通过热力学计算判断可能发生的反应，利用x射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）对球磨混合粉以及烧结后材料的相组成和显微组织进行了研究，测定材料的相对密度和硬度，并探讨了Ti与B4C采用放电等离子烧结制备TiC＋TiB／Ti复合材料的致密化过程和反应机理。结果表明，采用SPS技术，在1150℃保温5min的条件下，Ti与B4C能同步完成反应、烧结、致密化，生成TiC＋TiB／Ti复合材料，并且原位生成的增强相分布均匀且细小。