機(jī)械合金化冷壓燒結(jié)制備Ti-8Si-xCu合金組織與性能的基礎(chǔ)研究.pdf

1、本文采用“機(jī)械合金化-冷壓成形-真空燒結(jié)”技術(shù)制備了Ti-8S i、Ti-7.6Si-5Cu、Ti-7.2Si-10Cu、Ti-6.4Si-20Cu四種合金（wt.％），并對(duì)其微觀組織、力學(xué)性能、抗氧化性、耐腐蝕性及摩擦磨損性能進(jìn)行了研究。所開(kāi)展的工作及取得的創(chuàng)新成果如下：
　　（1）對(duì)比分析了四種配方混合粉末及燒結(jié)合金的微觀組織、相組成與顯氣孔率。結(jié)果表明：經(jīng)48h高能球磨，單質(zhì)元素混合粉末均取得一定程度的細(xì)化與機(jī)械合金化效果；

2、混合粉末中含有鈦硅化合物TiSi、TiSi2，添加Cu元素后生成了CuSiTi、Ti2Cu3、Cu5Si及Ti（Cu）固溶體；經(jīng)燒結(jié)，粉末中鈦硅化合物向Ti5Si3穩(wěn)定相轉(zhuǎn)化，且Cu的加入促進(jìn)了合金化效果，形成大量CuxTiy、CuSiTi、CuxSiy化合物；合金表面組織均勻分布，其中Ti-7.6Si-5Cu合金表面質(zhì)量最高；四種材料的顯氣孔率分別為5.84%、0.14%、7.56%、11.89%，且孔隙尺寸較小。
　?。?）對(duì)

3、比分析了四種合金的顯微硬度、彈性模量及斷裂韌性。結(jié)果表明：添加Cu有利于提高Ti-8Si合金的顯微硬度，四種合金的顯微硬度值分別為1021.5 HV、1434.4 HV、1180.9 HV、1171.9 HV，其中Ti-7.6Si-5Cu顯微硬度最高；彈性模量分別68.93 GPa、84.77 GPa、65.68 GPa、71.87 GPa，其中Ti-7.6Si-5Cu彈性模量最大；斷裂韌性分別為4.56 MPa?m1/2，4.59 M

4、Pa·m1/2，5.09 MPa·m1/2，5.41MPa·m1/2，隨Cu含量增加而增大。
　?。?）對(duì)比分析了四種合金在800℃溫度下的氧化行為。結(jié)果表明：Ti-8Si合金表面氧化產(chǎn)物主要為金紅石型TiO2，氧化膜由外向內(nèi)分別為TiO2氧化層、TiO2/SiO2復(fù)合氧化層，厚度約為19.73μm；Ti-7.6Si-5Cu合金表面氧化產(chǎn)物主要為金紅石型TiO2與Cu的氧化物，氧化膜自外向內(nèi)分別為TiO2/Cu的氧化物復(fù)合氧化層、

5、TiO2/SiO2復(fù)合氧化層，厚度約為15.91μm；Ti-8Si與Ti-7.6Si-5Cu合金的氧化動(dòng)力學(xué)曲線分別符合拋物線-直線規(guī)律和拋物線規(guī)律，平均氧化速度分別為0.35 g/m-2/h-1和0.19 g/m-2/h-1，均達(dá)到抗氧化級(jí)別，對(duì)比可知，Ti-7.6Si-5Cu合金的抗氧化性能更好；而Ti-7.2Si-10Cu、Ti-6.4Si-20Cu兩種合金在氧化實(shí)驗(yàn)（100 h）未結(jié)束時(shí)便“炸裂”，不具備800℃下的抗氧化性能。

6、
　?。?）對(duì)比分析了常溫下四種合金在1 mol/L的HCl溶液中浸泡100 h的腐蝕行為。結(jié)果表明：Ti-8Si與Ti-7.6Si-5Cu合金腐蝕后出現(xiàn)輕微失重，表面組織清晰，平均腐蝕深度分別為15μm、8μm；Ti-7.2Si-10Cu與Ti-6.4Si-20Cu合金失重現(xiàn)象比較嚴(yán)重，表面出現(xiàn)大量腐蝕產(chǎn)物及剝落坑，尤其是Ti-6.4Si-20Cu合金，表層腐蝕產(chǎn)物脫落現(xiàn)象嚴(yán)重，兩者平均腐蝕深度分別為35μm、100μm以上。對(duì)

7、比發(fā)現(xiàn)，Ti-7.6Si-5Cu合金的抗鹽酸腐蝕性能最好。
　?。?）對(duì)比分析了干摩擦條件下四種合金的摩擦磨損性能。結(jié)果表明：四種合金的摩擦系數(shù)分別為0.3651、0.6068、0.6107、0.6208；Ti-8Si、Ti-7.2Si-10Cu、Ti-6.4Si-20Cu三種合金磨痕寬度分別為0.4057 mm、0.3859 mm、0.5509 mm，磨損體積分別為0.0262 mm3、0.0226 mm3、0.0657 mm3

8、，表面磨損程度較重，均出現(xiàn)大面積層片狀磨屑、裂紋及剝落坑，磨損形式主要為疲勞磨損和氧化磨損，并輔以一定程度的磨粒磨損與粘著磨損；Ti-7.6Si-5Cu合金的磨痕寬度為0.3315 mm，磨損體積為0.0143 mm3，磨損程度較輕，未出現(xiàn)剝落或裂紋等現(xiàn)象，其磨損形式以磨粒磨損和粘著磨損為主，并伴隨輕微的氧化磨損。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，Ti-7.6Si-5Cu合金的摩擦磨損性能最好。
　　本文研究首次發(fā)現(xiàn)，添加適量的Cu能夠顯著提高Ti-8S