原位自生钛基复合材料研究综述

近年来,由于原位自生钛基复合材料相对钛合金更为优异的综合性能,引起人们广泛关注。从制备方法、基体和增强体选择、微观结构、力学性能、抗氧化性能、超塑性变形与加工等方面,综述了目前原位自生钛基复合材料的研究进展。提出了目前研究中存在的问题和今后可能的发展方向。     

Ti-34Al基复合材料颗粒相组成及分布

采用XD法制备Ti-34Al基复合材料，XRD、OM和EPM的分析结果表明：复合材料的基体由Ti3Al和TiAl双相组成，增哟相由单相TiC和具有Ti3AlC包覆层的TiC两种结构的颗粒组成，单相TiC来自于凝固过程中的共晶反应，而具有Ti3AlC包覆层的TiC则是由于不完成包晶反应的结晶，单相TiC颗料沿晶界均匀分布的特征表明在较快的凝固条件下，初生相β-Ti以树枝晶方式生长，树枝晶凝固过程中颗粒枝晶凝固界面排斥在枝晶间。固液界面结构，冷却速度和颗粒大小影响颗粒与固液界面的相互作用。     

Al3Ti基有序金属间化合物的无序化转变和非晶化

经５ｈ的高能球磨，Ａｌ７５Ｔｉ２５合金由铸态时的四方有序ＤＯ２２结构转变为我序ＦＣＣ过饱和固溶体；球磨６０ｈ后，仍保持ＦＣＣ结构，铸态时具有立方有序Ｌ１２结构的单相Ａｌ６７Ｔｉ２５Ｍｎ８合金，其结构随球磨时间的变化步骤为：有序ＦＣＣ→无序ＦＣＣ→ＦＣＣ超微晶＋非晶→非晶。     

Ti—Al系金属间化合物材料的进展

评述了高温结构材料Ti-Al系金属间化合物的研究开发背景,介绍了几种主要Ti-Al系金属间化合物及其合金的结构性能特点,并对其应用及存在的问题作了简要的分析。     

Ni－Al系金属间化合物基复合材料的研究进展Ⅰ 制备方法

本文综述了制备Ｎｉ－Ａｌ系金属间化合物基复合材料（ＩＭＣｓ）的最新工艺方法，包括热压法、热挤压法、燃烧合成法、粉末注射成型法、ＸＤ法、扩散结合法、压铸法、快速凝固法、喷射雾化沉积法等，并简要讨论了它们的优点和局限性。     

Ti—Al系的相图及金属间化合物

评述了Ｔｉ－Ａｌ相图实验测定和理论计算的历史及新近研究；介绍了Ｔｉ－Ａｌ系金属间化合物的力学行为、影响因素及工艺措施，提出了其进一步发展应解决的问题。     

Ni－Al系金属间化合物基复合材料的研究进展Ⅱ界面及力学性能

本文综述了各种增强剂与镍铝化合物基体的界面相容性以及Ｎｉ－Ａｌ系ＩＭＣｓ的力学性能，并讨论了它们的未来发展趋势。     

ZL201／TiB2原位自生复合材料的干滑动磨损

研究了用ＸＤ法制备的ＺＬ２０１／ＴｉＢ２原位自生复合材料的组织与干滑动磨损行为。经１７５℃时效后，ＺＬ２０１／ＴｉＢ２的组织由α－Ａｌ，θ″、θ′相及原位自生的亚微米级ＴｉＢ２颗粒构成。     

添加TiC和Ti3AlC2对燃烧合成Ti3AlC2粉体的影响

Ti、Al、C和TiC组成的Ti:Al:C=3:1.1:1.8(摩尔比)体系的燃烧合成实验结果表明,当在体系中未加入TiC时,得到的主要是TiC,但加入TiC后燃烧合成产物主要是Ti3AlC2,且Ti3AlC2量随TiC加入量的增加而增加,随燃烧反应体系温度的降低而增加;加入晶种Ti3AlC2有利于合成Ti3AlC2相物质.     

真空热压原位Al3Ti增强MgAl基复合材料合成机制

采用真空热压原位合成法制备Al₃Ti增强Mg-Al基复合材料。研究了烧结工艺对复合材料显微结构的影响。探讨了Al₃Ti的原位合成机制, 提出了Ti和Al的微观反应模型。采用XRD、 SEM等方法分析了复合材料的相组成及微观结构。结果表明, Mg-Al基复合材料组织致密, 原位合成增强相Al₃Ti颗粒在基体中均匀分布, 尺寸为0.5~2.0 μm, 与基体界面紧密结合, 同时存在少量残余的Ti和中间相Al-Ti。     

In-situ Synthesis of Ti3AlC2/TiC-Al2O3 Composite from TiO2-Al-C System

Ti3AlC2/TiC-Al2O3 composite was synthesized by a combustion reaction in TiO2-Al-C system. The effect of the compositions in raw materials on the products was investigated. Ti3AlC2/TiC-Al2O3 composite was obtained at the molar ratio of TiO2:Al:C=3.0:5.0～5.1:1.8～2.0. The reaction path for the 3TiO2-5Al-2C system was proposed. Al3Ti, Ti2O3, TiO, and δ-Al2O3 are found to be transitional phases. Finally,Ti3AlC2/TiC-Al2O3 composite forms at ～900℃ of furnace temperature. The measured Vickers hardness,fracture toughness, and flexural strength of the nearly dense sample from 3TiO2-5Al-2C are 13.3±1.1 GPa,5.8±0.3 MPa.m1/2, and 466±39 MPa, respectively.     

磁化学合成Al2O3/7055Al复合材料的微观结构

脉冲磁场下,以7055Al-Ce2(CO3)3为反应体系制备了内生Al2O3颗粒增强铝基复合材料。X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)分析表明,在脉冲磁场作用下,原位合成的颗粒细小,呈球形或橄榄形的Al2O3颗粒尺寸为200～400nm,且弥散分布于基体中。从反应动力学角度进行考虑,与常规反应相比,磁场下反应更快更完全,并缩短了反应时间。随着脉冲磁场强度的增大,反应生成的增强颗粒变得更加细小,分布更均匀。当磁场作用的时间增加时,内生颗粒数目逐渐增多,尺寸逐渐细化,圆钝化,分布也变得均匀,颗粒达到纳米尺寸。     

燃烧合成Ti3AlC2粉体的机理研究

利用淬火实验并结合XRD、SEM研究了燃烧合成Ti₃AlC₂粉体的机理.实验结果表明,燃烧合成Ti₃AlC₂粉体的机理是溶解再析出机制.即先生成的TiC晶核重新溶解到Ti-Al熔体中,同时三元碳化物开始析出并发育成层状结构.反应可以分为三个阶段:A.预热阶段;B.初始反应阶段;C.溶解析出阶段.     

原位形成Al3Ti颗粒对SiCp／2024Al复合材料性能及微观结构的影响

本文采用粉末冶金法制制备了含Ｔｉ的ＳｉＣｐ／２０２４Ａｌ复合材料。研究表明，在复合材料制备工艺条件下，部分Ｔｉ与Ａｌ反应形成了Ａｌ３Ｔｉ，粗大的Ａｌ３Ｔｉ／Ｔｉ复合颗粒的存在降低了复合材料的室温拉伸强度和塑性，但可以提高屈服强度和弹性模量。     

Effect of Ti/C additions on the formation of Al3Ti of in situ TiC/Al composites

A novel technique for fabricating TiC particulate-reinforced commercial purity Al composites was introduced. The mechanism of formation of brittle Al₃Ti up to 30 μm in size produced in the composites was studied and a method of eliminating them was put forward. The results show that: (1) the brittle Al₃Ti phase is always present in the composites when the Ti:C molar ratio is 1:1. In this case, the tensile elongation of the composite was only 4%, much lower than the value of unreinforced aluminum (20%); and (2) the formation of the brittle Al₃Ti phase can be eliminated entirely from the final product by using a proper Ti:C molar ratio of 1:1.3 in the Ti–C–Al preforms. In this case, the tensile elongation of this composite was 10%, higher than the value of the composite with a lot of Al₃Ti (4%). Moreover, improvement in the tensile elongation of the composite was accompanied by an increase of the ultimate tensile strength.     

高能超声处理对原位Al3Ti/A356复合材料显微组织和力学性能的影响

采用熔体直接反应法,以工业钛剂和A356合金为反应物,利用高能超声原位合成了Al3Ti/A356复合材料。利用X射线衍射与扫描电镜对该复合材料的微观组织和物相组成进行分析,并通过拉伸实验对该复合材料的力学性能进行测试。结果表明,经过高能超声处理后,复合材料中的Al3Ti颗粒尺寸较高能超声处理前明显变小,分布也更均匀。当超声功率为1.2kW/cm2,超声作用时间为360s时,颗粒尺寸最小,为0.5～2μm。复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到281.83、226.72MPa和5.6%,较未施加高能超声的复合材料分别提高了16.2%、10.3%和33.3%。     

原位TiB/Ti复合材料的熔铸制备及其显微组织

结合Ti-B-Al体系的热力学及Ti-B相图,提出了可制备薄壁、复杂形状原位自生钛基复合材料构件的SMIF工艺.采用XRD、SEM和TEM等手段研究用该工艺制备的复合材料的相组成和显微组织.结果表明,钛基复合材料中生成了TiB增强相,且在基体中分布均匀,呈短纤维状;并且Al的加入使得TiB相具有较高的长径比,最高可达110.TiB增强相/基体界面清洁、无污染.受熔模精铸陶瓷型壳的激冷作用,钛基复合材料铸锭表层中TiB相垂直于铸锭的表面分布.与基体合金相比较,钛基复合材料的力学性能有了很大程度的提高.