【摘 要】
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本文为了提高增强相网状结构的TiBw/Ti复合材料整体增强相TiBw含量,进一步得到具有更高弹性模量、更高强度的钛基复合材料,设计不同制备工艺参数和网状结构参数来得到网状界面面积更大的钛基复合材料。以不同尺寸Ti粉、B粉为原材料,经球磨混粉、真空热压烧结工艺,采用不同制备参数制得一系列增强相网状结构的TiBw/Ti复合材料。通过对不同制备参数制得的TiBw/Ti复合材料、室温断口形貌等进行XRD、
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本文为了提高增强相网状结构的TiBw/Ti复合材料整体增强相TiBw含量,进一步得到具有更高弹性模量、更高强度的钛基复合材料,设计不同制备工艺参数和网状结构参数来得到网状界面面积更大的钛基复合材料。以不同尺寸Ti粉、B粉为原材料,经球磨混粉、真空热压烧结工艺,采用不同制备参数制得一系列增强相网状结构的TiBw/Ti复合材料。通过对不同制备参数制得的TiBw/Ti复合材料、室温断口形貌等进行XRD、光学显微镜、扫描电镜进行测试观察与分析,得到复合材料的物相及组织变化;对不同制备参数制得的TiBw/Ti复合材料进行室温、高温力学性能测试,结合断口形貌分析制备工艺参数、网状结构参数对复合材料组织与性能的影响,并得到网状结构参数-复合材料室温力学性能间的关系。不同制备参数所得的TiBw/Ti钛基复合材料微观组织观察表明,原材料Ti粉、B粉反应生成TiBw增强相,并可呈网状结构分布于复合材料中。组织观察表明,由于原位生成的晶须长度为5-20μm,因此制备网状结构的TiBw/Ti钛基复合材料,基体尺寸应大于35μm。当基体尺寸为15-35μm时,TiBw认为为均匀分布;等轴网状结构的制备参数为在球磨转速为220rpm-260rpm下球磨5h;制备扁平网状结构复合材料则需要在控制球磨转速大于260rpm的情况下进行大于5h的球磨。在低增强相含量时,均匀分布的TiBw/Ti复合材料的抗拉强度、抗弯强度均优于网状分布,其中基体尺寸＜15μm,制备工艺参数为240rpm/5h下制得的均匀分布TiBw/Ti复合材料的抗拉强度为1130.8±4.1MPa,相对于纯钛提高近三倍,但延伸率为1.4%±0.2%,低于网状结构,断裂功仅为网状结构的一半,这说明网状结构的韧性更好。增强相呈扁平网状结构分布的TiBw/Ti复合材料的抗拉强度较等轴网状结构提升近14%,而等轴网状结构的TiBw/Ti复合材料的延伸率、拉伸断裂功、弯曲断裂功则更高,其延伸率为4.1%±0.5%,相较相同制备参数制得的扁平网状结构TiBw/Ti复合材料提升近50%。TiBw晶须的引入可以提高TiBw/Ti复合材料的加工硬化能力,但当增强相含量提升时,高增强相含量不致密现象的存在,使力学性能下降。同时得到网状结构参数-复合材料室温力学性能间的关系:随界面区域局部增强相含量增加,等轴网状结构TiBw/Ti复合材料抗拉强度、弹性模量提高,延伸率降低,但当局部增强相含量超过50%,增强相形成类似墙状组织,同时复合材料致密度下降,塑性大幅降低。TiBw/Ti复合材料的强韧化机理为固溶强化、细晶强化、载荷传递强化的增强机制的协同作用。加入增强相构型调控,构型不同,强韧化机制区别。随TiBw/Ti复合材料中增强相含量的降低,TiBw/Ti复合材料的断裂机制由沿晶断裂相穿晶断裂转变。增强相呈网状结构的TiBw/Ti复合材料在发生断裂的过程中,基体与增强相间良好的界面保证了载荷在基体与增强相间的传递,同时增强相起承担载荷的作用,基体钝化裂纹,二者协同作用,来实现提高TiBw/Ti复合材料力学性能的目的。
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