TiN-Ti基復(fù)合材料制備、微觀組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能研究.pdf

1、TiNTi基復(fù)合材料制備、微觀組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（專業(yè)學(xué)位）學(xué)生姓名：李春新指導(dǎo)教師：白晨光教授學(xué)位類別：工程碩士（冶金工程領(lǐng)域）重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二O一六年四月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要本文采用高能球磨與熱壓燒結(jié)相結(jié)合的方法制備TiNTi基復(fù)合材料，首先將Ti粉與N2通過高能球磨使之反應(yīng)生成具有一定機(jī)械化程度的復(fù)合粉體，并在后續(xù)熱壓燒結(jié)過程中進(jìn)一步反應(yīng)生成TiN，通過對球磨時間的控制，研究不同球

2、磨時間對復(fù)合材料成分及性能的影響。本實(shí)驗設(shè)定的球磨時間分別為0.5h1h1.5h2h球磨氣氛為N2，通入氣體壓強(qiáng)為4atm，熱壓燒結(jié)實(shí)驗參數(shù)為1100℃20MPa2h。利用XRD、電子顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡等手段對球磨后粉末及燒結(jié)后復(fù)合材料的物相組成及微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并對材料的強(qiáng)度、硬度、抗彎性能等進(jìn)行測試，進(jìn)而分析材料的增強(qiáng)機(jī)制，此外，本文還對TiN的反應(yīng)動力學(xué)進(jìn)行了分析討論，旨在為復(fù)合材料的制備奠定一定的理論基礎(chǔ)。球磨對粉

3、末產(chǎn)生了明顯的細(xì)化效果，隨球磨時間增加，粉末粒徑逐漸減小，當(dāng)球磨0.5h時，粉末粒徑便由原始的44μm降低到26.87nm，當(dāng)球磨2h后，粉末粒徑降低到16.33nm，并開始發(fā)生團(tuán)聚。球磨后，N2吸附于金屬Ti粉表面，形成TiNx復(fù)合粉體，此時，粉末晶格畸變嚴(yán)重，且化學(xué)反應(yīng)不完全，并未形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的TiN化合物，在后續(xù)的高溫?zé)Y(jié)過程中，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生重組，N原子進(jìn)一步向Ti原子內(nèi)擴(kuò)散并與之反應(yīng)最終形成非化學(xué)計量比的化合物TiNx，材料由α

4、TiβTiTiNx三相組成。微觀組織結(jié)構(gòu)分析表明，燒結(jié)后復(fù)合材料致密度良好，無明顯的孔洞和裂紋存在，且隨球磨時間延長，材料的晶粒度明顯減小?；w由明顯的βTi和αTi兩相區(qū)組成，且在βTi相區(qū)內(nèi)存在大量的馬氏體組織，反應(yīng)生成的增強(qiáng)相TiNx尺寸細(xì)小，在20nm200nm范圍內(nèi)，增強(qiáng)相在基體中均勻分布，起到了很好的彌散強(qiáng)化效果。力學(xué)性能測試分析表明，復(fù)合材料的硬度隨球磨時間增加顯著增加，與基體純Ti相比隨球磨時間的延長，分別提高了31.1

5、3%、58.08%、93.6%、101.71%。材料的最大壓縮屈服強(qiáng)度隨球磨時間增加先升高后降低，與基體純Ti相比分別提高了17.27%、30.92%、35.93%、18.11%，在球磨1.5h時達(dá)到最大2440Mpa，材料的抗彎強(qiáng)度隨球磨時間增加呈下降趨勢。一方面反應(yīng)生成的TiN為高硬度、高強(qiáng)度的脆性材料，適量的TiN可顯著增加材料的強(qiáng)硬度，而過量的TiN則可能導(dǎo)致材料脆化，此外，隨TiN含量的增多，材料的熔點(diǎn)增高，材料的致密度會有所