稀土摻雜強(qiáng)韌化TiAl復(fù)合材料的研究.pdf

1、TiAl金屬間化合物具有輕質(zhì)、高比強(qiáng)度與高比模量、耐磨及耐高溫等優(yōu)良性能，并具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，使用溫度可達(dá)到700～1000℃，在航空航天高溫結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，鑄態(tài)Ti-Al金屬間化合物大多存在晶粒粗大、室溫塑性低、超過1000℃部件的高溫強(qiáng)度惡化迅速、以及800℃以上抗氧化性不足等，仍然是其實(shí)用化的主要障礙。
　　 在基體材料中引入第二增強(qiáng)相（如：Al2O3、TiC等）是一種提高材料機(jī)械性能的方法；微

2、合金化添加劑亦可有效提高材料綜合性能。稀土元素屬表面活性類物質(zhì)，可以起到促進(jìn)燒結(jié)、提高材料的熱加工性、機(jī)械性能、抗氧化性能、耐腐蝕性和耐磨性等。在Ti-Al合金內(nèi)添加稀土元素，對TiAl合金晶粒的細(xì)化效果明顯，對晶界和晶粒有強(qiáng)化作用。采用原位反應(yīng)熱壓合成工藝，可使材料增強(qiáng)相合成與材料致密化同步完成，簡化了材料復(fù)合步驟。同時(shí)，增強(qiáng)相是通過組元間的化學(xué)反應(yīng)生成的，其顆粒細(xì)小，與基體的界面潔凈、結(jié)合強(qiáng)度高，材料的力學(xué)性能顯著提高。
　　

3、 本文采用原位反應(yīng)熱壓工藝，以Sm2O3、Eu2O3、Er2O3為添加劑，利用體系的鋁熱反應(yīng)過程，在較低溫度下合成了Al2O3/TiAl復(fù)合材料。借助差熱分析(DSC)、X-射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)結(jié)合能譜分析(EDS)等手段，研究了產(chǎn)物的物相分布、微觀組織結(jié)構(gòu)；通過力學(xué)性能測試，探討了材料的斷裂及強(qiáng)韌化機(jī)理。
　　 研究表明：Sm2O3、Eu2O3、Er2O3分別摻雜的系統(tǒng)的反應(yīng)溫度基本相同。體系的反應(yīng)溫度

4、大約是890℃。Ti-Al-TiO2-Sm2O3系燒結(jié)后，其合成產(chǎn)物的物相檢測結(jié)果表明：產(chǎn)物由γ-TiAl、α2-Ti3Al、Al2O3以及SmAl相組成；Ti-Al-TiO2-Eu2O3系燒結(jié)后，其合成產(chǎn)物由γ-TiA1、α2-Ti3Al、Al2O3以及EuAlO3相組成；Ti-Al-TiO2-Er2O3系燒結(jié)后，其合成產(chǎn)物由γ-TiAl、α2-Ti3Al、Al2O3以及Er2O3和Al10Er6O24相組成。微觀結(jié)構(gòu)分析表明：稀土氧

5、化物摻雜的復(fù)合材料中，Al2O3顆粒分布于基體交界處，呈彌散狀分布并細(xì)化了基體晶粒，Al2O3顆粒小于1μm。力學(xué)性能測試表明：產(chǎn)物的密度、相對密度和維氏硬度隨RE2O3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RE2O3摻雜量為0.0lmol時(shí)，達(dá)到最大，摻雜0.0lmolSm2O3的材料的彎曲強(qiáng)度最大為573.5Mpa，斷裂韌性最大為l0.54MPa.m1／2。斷口形貌SEM測試表明，材料的斷裂方式主要是準(zhǔn)解理斷裂和沿晶斷