原位反應(yīng)微合金化增強(qiáng)增韌Al2O3-TiAl復(fù)合材料的研究.pdf

1、鈦鋁金屬間化合物因其低密度、高比強(qiáng)度與比模量、良好的耐磨及抗氧化能力、高溫抗蠕變性能等優(yōu)良性能，被認(rèn)為是航空航天、汽車制造等行業(yè)中潛在的高溫結(jié)構(gòu)材料。然而，低的室溫塑和斷裂韌性以及高溫強(qiáng)度和抗氧化性明顯不足，限制了其作為高溫結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際應(yīng)用。復(fù)合材料化和元素微合金化可以有效地改善鈦鋁金屬間化合物的綜合性能。
　　 本文采用原位反應(yīng)熱壓合成工藝，利用Al-Ti-TiO2-Cr2O3和Al-Ti-TiO2-Fe2O3體系的放熱反應(yīng)

2、，分別制備了Cr2O3和Fe2O3強(qiáng)化的Al2O3/TiAl復(fù)合材料。借助X-射線衍射分析(XRD)、差熱分析(DTA)、掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)等手段，研究了研究了Al-Ti-TiO2-Cr2O3體系的反應(yīng)過(guò)程，分析了Cr2O3和Fe2O3對(duì)Al2O3/TiAl復(fù)合材料的相組成、晶粒大小和微觀形貌影響；通過(guò)力學(xué)性能測(cè)試，初步探討了材料的斷裂及強(qiáng)韌化機(jī)理。
　　 DTA結(jié)果表明：Ti-Al、Al-TiO2以及Al-

3、Cr2O3的反應(yīng)均經(jīng)由多個(gè)中間反應(yīng)直至最后完成。Ti-Al-TiO2系783℃和952℃處的兩放熱峰對(duì)應(yīng)了Ti-Al系756℃和Al-TiO2系916℃處的放熱峰，滯后是由于反應(yīng)初期TiO2的稀釋作用。由于Al-Cr2O3直接置換單質(zhì)Cr的反應(yīng)在鋁熔化之前即可發(fā)生并釋放大量熱能，該熱能促進(jìn)了前期和后期反應(yīng)，易于實(shí)現(xiàn)低溫致密化燒結(jié)，且造成Ti-Al-TiO2-Cr2O3系放熱峰前移，單質(zhì)Cr固溶于TiAl中最終形成了Ti(Al，Cr)2。

4、
　　 43.9Ti-38.6Al-17.5TiO2-nCr2O3體系經(jīng)1300℃燒結(jié)保溫1h后，其合成產(chǎn)物的XRD測(cè)試顯示，產(chǎn)物由γ-TiAl，α2-Ti3Al，Al2O3以及少量的Ti(Al，Cr)2相構(gòu)成。微觀結(jié)構(gòu)分析表明：Al2O3顆粒分布于基體交界處，存在一定的偏聚。Cr2O3的引入，改變了基體γ-TiAl相和α2-Ti3Al相的相對(duì)含量，γ-TiAl相的含量減少，α2-Ti3Al相含量增大。隨Cr2O3摻雜量的增大，

5、Al2O3顆粒逐漸增多，呈細(xì)小彌散分布，同時(shí)基體晶粒尺寸也減小。當(dāng)Cr2O3摻雜量為2.5wt％時(shí)，基體平均晶粒尺寸為10μm，Al2O3顆粒的平均尺寸約為1μm。力學(xué)性能測(cè)試表明：產(chǎn)物的密度和洛氏硬度隨Cr2O3摻雜量的增大而增大；抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性呈峰值變化，在Cr2O3摻雜量為2.5wt％時(shí)，達(dá)到最大，分別為925MPa和8.55MPa·m1／2。
　　 43.9Ti-38.6Al-17.5TiO2-nFe2O3體系經(jīng)13

6、00℃燒結(jié)保溫1h后，其合成產(chǎn)物的XRD測(cè)試顯示，產(chǎn)物由γ-TiAl，α2-Ti3Al，Al2O3以及微量FeAl3相構(gòu)成；隨Fe2O3的摻雜量增大，復(fù)合材料的相對(duì)密度和洛氏硬度逐漸增大；抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性呈峰值變化，F(xiàn)e2O3摻雜量為0.84wt％時(shí)復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度和斷裂韌度達(dá)到最大值，分別為624Mpa和6.63MPa·m1／2。
　　 不同工藝參數(shù)的研究結(jié)果表明：①升高燒結(jié)溫度，產(chǎn)物的密度和硬度不斷增大，抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性