三维网络Ti2AlC/TiAl基复合材料制备及其高温摩擦磨损行为研究

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TiAl合金因为具有低密度、高比强度、良好的高温抗氧化性等特点被人们认定为新一代高温轻质合金,但是它在室温下的断裂韧性差、塑性低、摩擦系数高,使得以TiAl合金为材料制造出的零部件在复杂、恶劣的工作环境下更容易失效,所以人们通过向TiAl合金引入增强相,来提高TiAl合金的性能。本文以TiAl合金粉末与Ti2AlC粉末为原料,通过机械球磨和真空热压烧结得到不同含量增强相的复合材料,并观察了复合材料的微观形貌,对材料的室温力学性能进行测试,进行了摩擦磨损实验,得到以下结论:(1)烧制出的复合材料中,增强相含量为20vol%的复合材料中增强相主要以三维网络结构存在,其他含量的增强相部分以颗粒状存在或者增强相形成了粗大网络状结构;在室温力学性能方面,硬度是增强相含量为40 vol%最高,抗弯性能则是增强相含量为20vol%的复合材料的最好,压缩性能则是增强相含量为20 vol%的复合材料与TiAl基体最为接近且高于其他几种复合材料。(2)复合材料的800℃抗循环氧化性都高于TiAl基体,并且随着增强相含量的增加,复合材料的抗循环氧化性能增强,氧化增重减少;在温度较高的时候,TiAl合金和TiAl基复合材料被氧化的更加严重,随着氧化温度降低,氧化增重也在降低;TiAl合金的氧化膜主要是Ti O2和Al2O3混合而成,而复合材料的氧化物主要是增强相产生的大块Ti O2聚集体和TiAl基体产生的Ti O2和Al2O3与增强相产生的Al2O3混合形成的氧化膜,Ti O2聚集体的分布随着增强相含量提升而更密集。(3)在800℃时,TiAl合金的摩擦系数高于增强相含量为10 vol%、20 vol%、30 vol%的复合材料,而在三种复合材料中增强相含量为20 vol%的摩擦系数最低,耐磨性更好,并且摩擦系数更为稳定,而TiAl合金及另外两种复合材料的摩擦系数随着实验时间增长而增加;增强相含量为20 vol%的复合材料在25℃时的摩擦系数最高,200℃时的摩擦系数低于25℃时的摩擦系数,而在400℃、600℃、800℃时的摩擦系数相近并都低于200℃时的摩擦系数。综上所述,最终确定Ti2AlC含量为20 vol%的复合材料的综合力学性能最好,摩擦系数最低。
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