【摘 要】
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镁基复合材料因其密度低、高比强度、比刚度等优点使其在轻量化领域具有广阔的发展前景。Ti2ALN属于三元MAX相陶瓷,相较于现有的镁基复合材料增强相具有更优良的性能。为解决目前镁基复合材料中存在的陶瓷加工性差、基体与增强相界面结合弱、陶瓷增强相阻尼减震性能差等问题,本文研究了N缺位Ti2AlN、多孔Ti2AlNx（x=0.9,1.0）预制体、N含量不同的Ti2AlNx-Mg复合材料、基体不同的Ti2
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镁基复合材料因其密度低、高比强度、比刚度等优点使其在轻量化领域具有广阔的发展前景。Ti2ALN属于三元MAX相陶瓷,相较于现有的镁基复合材料增强相具有更优良的性能。为解决目前镁基复合材料中存在的陶瓷加工性差、基体与增强相界面结合弱、陶瓷增强相阻尼减震性能差等问题,本文研究了N缺位Ti2AlN、多孔Ti2AlNx（x=0.9,1.0）预制体、N含量不同的Ti2AlNx-Mg复合材料、基体不同的Ti2AlN1.0-Mg和Ti2AlN1.0-AE44复合材料以及不同体积分数的Ti2AlN0.9-AE44复合材料的制备工艺。通过XRD、SEM等方法完成材料的分析与表征,并测试了材料的力学性能以探究N缺位对Ti2ALN显微结构和性能的影响以及N含量不同、基体不同和体积分数不同对复合材料显微结构和力学性能的影响:（1）采用无压烧结法,以Ti、Al和Al N为原料,在Ar气环境下1400℃保温20 min制得Ti2AlNx（x=0.85,0.9,0.95,1）,XRD分析表明N缺位导致的晶格收缩主要沿c轴方向。通过纳米压痕试验测得的Ti2AlN0.9的弹性模量和硬度略低于Ti2AlN。（2）采用无压烧结法,以Ti、Al和Ti N为原料,分别给予40 MPa压力和80MPa压力压块,在Ar气环境中1450℃保温20 min的条件下,可制成气孔率分别为43%和24%的高纯度Ti2ALNx预制体。预制体孔洞分布均匀且相互连通。（3）将制备得到的气孔率不同的Ti2ALNx（x=0.9,1.0）预制体与纯Mg和AE44镁合金通过无压浸渗的方法,在Ar气环境下750℃保温90 min随炉冷却制得镁基复合材料。浸渗过程中金属基体与陶瓷增强相未发生反应,制得的复合材料结构致密孔洞少,增强相分布均匀且与基体各自连续,为典型的双连续相结构。（4）随着复合材料中N的含量由0.9增加为1,压缩强度增强3.7%,断裂应变由13.1%增加到14.4%,硬度值增加5.6%;当基体由纯Mg变为AE44时,Ti2ALN1.0-Mg与Ti2ALN1.0-AE44复合材料显微结构相似,掺入的稀土相在基体中分布均匀,提升了复合材料的力学性能,压缩强度由410 MPa增加到440 MPa,断裂应变由14.4%增加到16.4%,硬度值也得到提高;当陶瓷增强相体积分数由77%降低到57%时,Ti2ALN0.9-AE44复合材料金属相增多,使复合材料更多表现出金属特性,硬度值降低。
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