Cr、Nb摻雜原位合成Al2O3-TiAl復(fù)合材料的研究.pdf

1、TiAl金屬間化合物以其特有的密度相對較小、耐磨性能優(yōu)異、比強度以及比模量高和高溫性能好等優(yōu)點，使其在航空航天以及汽車構(gòu)件等應(yīng)用中具有很好的前景。目前，鑄態(tài)Ti-Al金屬間化合物存在室溫塑性和斷裂韌性低以及高溫強度和抗氧化性不足等問題，乃是其廣泛應(yīng)用的主要障礙。Ti-Al金屬間化合物的合成方法及制備工藝決定著材料的力學(xué)性能和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，材料復(fù)合化及元素微合金化，都能起到改善晶粒尺寸、優(yōu)化材料性能的作用。
　　 在TiAl基體材

2、料中引入第二相能夠有效提高材料的綜合性能。而Al2O3是一種具備了多項優(yōu)異性能的陶瓷體，十分適合用來作為增強增韌TiAl金屬間化合物的增強相。目前已有研究表明通過在Ti-Al-TiO2體系中添加Cr2O3、Fe2O3、Nb2O5、Ho2O3、Sm2O3、Eu2O3、Er2O3等金屬氧化物原位合成Al2O3/TiAl復(fù)合材料能夠明顯提高其綜合性能，而利用原位反應(yīng)實現(xiàn)雙相及多相摻雜合成Al2O3/TiAl復(fù)合材料還有待研究。
　　

3、本文采用原位熱壓合成工藝，在Ti-Al-TiO2體系中同時添加Cr2O3、Nb2O5，研究Cr、Nb雙相摻雜強韌化Al2O3/TiAl復(fù)合材料。借助示差掃描量熱法(DSC)、X-射線衍射(XRD)、能譜分析(EDS)及掃描電鏡(SEM)等手段，研究了Ti-Al-TiO2-Cr2O3-Nb2O5體系的反應(yīng)過程，分析了同時添加Cr2O3、Nb2O5對Al2O3/TiAl復(fù)合材料微觀組織結(jié)構(gòu)及Al2O3分布的影響;通過力學(xué)性能測試，研究雙相摻

4、雜對材料力學(xué)性能的影響以及強韌化機理。
　　 Ti-Al-TiO2-Cr2O3-Nb2O5體系經(jīng)1300℃燒結(jié)保溫2h后，其合成產(chǎn)物經(jīng)過XRD、SEM測試顯示，Cr2O3、Nb2O5雙相摻雜制備的Al2O3/TiAl復(fù)合材料，它的物相主要有γ-TiAl，α2-Ti3Al以及Al2O3、Cr2Al、NbAl3相等。Cr2O3、Nb2O5的摻入，使得基體中γ-TiAl相和α2-Ti3Al相的比例發(fā)生變化，其中γ-TiAl相的含量相對

5、減少，而α2-Ti3Al相的含量相對增加。同時，Al2O3顆粒更加均勻地分布于基體晶界處，并使基體晶粒得到了細(xì)化，Al2O3顆粒小于1μm。
　　 力學(xué)性能測試表明:產(chǎn)物的密度和維氏硬度隨Cr2O3、Nb2O5摻雜量的增大而增大;抗彎強度和斷裂韌性呈峰值變化。在36.08Al-55.94Ti-3.98TiO2-4.0Cr2O3-nNb2O5（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）體系中，當(dāng)Nb2O5摻雜量為6.6wt％時，達(dá)到最大，分別為544.63MPa

6、和8.72MPa·m1/2。在50.54Ti-36.06Al-6.8TiO2-6.6Nb2O5-nCr2O3（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）體系中，當(dāng)Cr2O3摻雜量為3wt％時，達(dá)到最大，分別為789.79MPa和9.69MPa·m1/2。從而得出最佳添加量分別是3wt％Cr2O3和6.6wt％Nb2O5。SEM測試斷口形貌表明，材料主要的斷裂方式是準(zhǔn)解理斷裂和沿晶斷裂，同時有少量的穿晶斷裂，表現(xiàn)出脆性斷裂方式;晶粒細(xì)化、第二相顆粒增韌和微合金化是材料的