TiN/Ti基复合材料制备、微观组织结构及力学性能研究
发布时间：2020-12-25 21:39
本文采用高能球磨与热压烧结相结合的方法制备TiN/Ti基复合材料,首先将Ti粉与N2通过高能球磨使之反应生成具有一定机械化程度的复合粉体,并在后续热压烧结过程中进一步反应生成TiN,通过对球磨时间的控制,研究不同球磨时间对复合材料成分及性能的影响。本实验设定的球磨时间分别为0.5h,1h,1.5h,2h,球磨气氛为N2,通入气体压强为4atm,热压烧结实验参数为1100℃/20MPa/2h。利用XRD、电子显微镜、扫描电镜、透射电镜等手段对球磨后粉末及烧结后复合材料的物相组成及微观组织结构进行分析,并对材料的强度、硬度、抗弯性能等进行测试,进而分析材料的增强机制,此外,本文还对TiN的反应动力学进行了分析讨论,旨在为复合材料的制备奠定一定的理论基础。球磨对粉末产生了明显的细化效果,随球磨时间增加,粉末粒径逐渐减小,当球磨0.5h时,粉末粒径便由原始的44μm降低到26.87nm,当球磨2h后,粉末粒径降低到16.33nm,并开始发生团聚。球磨后,N2吸附于金属Ti粉表面,形成TiNx复合粉体,此时,粉末晶格畸变严重,且化学反应不完全,并未形成结构稳定的TiN化合物,在后续的高温烧结过程...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钛基复合材料反应吉布斯自由能Fig.1.1GibbsfreeenergyofTitaniummetalmatrixcomposites
（a）熔铸法（b）粉末冶金法（c）自蔓延高温合成法（d）放热弥散法（e）机械合金化法图 1.2 原位合成 Ti 基复合材料制备方法Fig. 1.2 preparation method of titanium metal matrix composites in-situ synthesized1.3.1 熔铸法对于钛基复合材料的制备最早采用的便是熔铸法，将反应元素粉末置于高温熔炼设备中，使其在反应过程中原位形成增强体。目前为止，已成功的利用方法制备出了 TiC、TiB 等增强的钛基复合材料。如 YeXia Qin[21]采用高温熔炼法制备TiB+TiC 双相增强的 Ti-Al 合金基复合材料，并对材料的、强度、硬度、氧化性等性能进行了研究。Changjiang Zhang 等人也采用此方法成功的制备出了以 TiB 为增强体的钛基复合材料，并对材料的微观组织和力学性能等进行了研究分析[22]。Xiao Lu 等人采用此方法研究了以 TiB、TiC、La2O3等不同陶瓷为增强体的钛基复合材料，并对材料的使用性能进行了研究[23]。熔铸法的主要优点是工艺简单、方便灵活，材料制造成本低，但是，在高温时，钛的活性很高，很容易与基体发生化学反应，生成不良界面产物，从而严重影响材料的使用性能。
图 1.3 增强相体积含量不同的钛基复合材料屈服强度与温度关系. 1.3 relationship between yield strength and temperature of different percent reinforce 氧化性能强体的加入使材料的抗氧化性能也大大提高，Qin[1]等人对原位合成及 TiB+TiC 双项增强的 Ti 基复合材料的氧化行为进行了深入的研究TiB或TiC的加入可促进复合材料形成致密的氧化膜，且增强体的含量厚度会越小。如图 1.4 所示，增强体 TiB 和 TiC 摩尔比为 4：1 时，层厚度比增强体 TiB 和 TiC 摩尔比为 1：1 时的氧化层厚度小，因此B 提高钛基复合材料的抗氧化性能力比增强体 TiC 好。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超重力场反应连接制备TiB2-TiC/1Cr18Ni9Ti和TiB2-TiC/Ti-6Al-4V梯度复合材料[J]. 尹德军,赵忠民,张龙,宋义刚. 复合材料学报. 2015(06)
[2]选区激光熔化制备TiC_x/Ti纳米复合材料的致密化及显微组织[J]. 李闯,顾冬冬,沈以赴,孟广斌. 中国有色金属学报. 2011(07)
[3]氧含量对原位合成（TiB+La2O3）/Ti复合材料力学性能的影响[J]. 吕健,王立强,覃继宁,吕维洁,张荻. 机械工程材料. 2011(06)
[4]陶瓷颗粒增强钛基复合材料的研究进展[J]. 彭德林,赵璐华,杜立明. 钛工业进展. 2010(02)
[5]原位自生钛基复合材料研究综述[J]. 吕维洁. 中国材料进展. 2010(04)
[6]粉末冶金制备原位自生钛基复合材料的显微组织和力学性能研究[J]. 周鹏,覃继宁,吕维洁,张荻. 粉末冶金工业. 2009(03)
[7]TiC颗粒增强钛基复合材料的静动态力学性能[J]. 孔令超,宋卫东,宁建国,毛小南. 中国有色金属学报. 2008(10)
[8]原位合成钛基复合材料的研究现状与展望[J]. 肖代红,宋旼,陈康华. 材料导报. 2007(04)
[9]原位自生钛基复合材料的研究进展[J]. 肖代红,宋旻,陈康华. 粉末冶金材料科学与工程. 2007(02)
[10]原位合成多元增强钛基复合材料（TiB+TiC+Y2O3）/Ti[J]. 吕维洁,徐栋,覃继宁,张荻. 中国有色金属学报. 2005(11)
博士论文
[1]MA制备非化学计量比TiC_x和TiN_x及其烧结特性的研究[D]. 孙金峰.燕山大学 2010
硕士论文
[1]原位自生（TiC+TiB）/Ti复合材料的制备及力学性能研究[D]. 李小新.哈尔滨工业大学 2013
[2]反应烧结TiB增强Ti基复合材料组织结构表征及性能研究[D]. 谌广昌.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：2938435
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钛基复合材料反应吉布斯自由能Fig.1.1GibbsfreeenergyofTitaniummetalmatrixcomposites
（a）熔铸法（b）粉末冶金法（c）自蔓延高温合成法（d）放热弥散法（e）机械合金化法图 1.2 原位合成 Ti 基复合材料制备方法Fig. 1.2 preparation method of titanium metal matrix composites in-situ synthesized1.3.1 熔铸法对于钛基复合材料的制备最早采用的便是熔铸法，将反应元素粉末置于高温熔炼设备中，使其在反应过程中原位形成增强体。目前为止，已成功的利用方法制备出了 TiC、TiB 等增强的钛基复合材料。如 YeXia Qin[21]采用高温熔炼法制备TiB+TiC 双相增强的 Ti-Al 合金基复合材料，并对材料的、强度、硬度、氧化性等性能进行了研究。Changjiang Zhang 等人也采用此方法成功的制备出了以 TiB 为增强体的钛基复合材料，并对材料的微观组织和力学性能等进行了研究分析[22]。Xiao Lu 等人采用此方法研究了以 TiB、TiC、La2O3等不同陶瓷为增强体的钛基复合材料，并对材料的使用性能进行了研究[23]。熔铸法的主要优点是工艺简单、方便灵活，材料制造成本低，但是，在高温时，钛的活性很高，很容易与基体发生化学反应，生成不良界面产物，从而严重影响材料的使用性能。
图 1.3 增强相体积含量不同的钛基复合材料屈服强度与温度关系. 1.3 relationship between yield strength and temperature of different percent reinforce 氧化性能强体的加入使材料的抗氧化性能也大大提高，Qin[1]等人对原位合成及 TiB+TiC 双项增强的 Ti 基复合材料的氧化行为进行了深入的研究TiB或TiC的加入可促进复合材料形成致密的氧化膜，且增强体的含量厚度会越小。如图 1.4 所示，增强体 TiB 和 TiC 摩尔比为 4：1 时，层厚度比增强体 TiB 和 TiC 摩尔比为 1：1 时的氧化层厚度小，因此B 提高钛基复合材料的抗氧化性能力比增强体 TiC 好。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超重力场反应连接制备TiB2-TiC/1Cr18Ni9Ti和TiB2-TiC/Ti-6Al-4V梯度复合材料[J]. 尹德军,赵忠民,张龙,宋义刚. 复合材料学报. 2015(06)
[2]选区激光熔化制备TiC_x/Ti纳米复合材料的致密化及显微组织[J]. 李闯,顾冬冬,沈以赴,孟广斌. 中国有色金属学报. 2011(07)
[3]氧含量对原位合成（TiB+La2O3）/Ti复合材料力学性能的影响[J]. 吕健,王立强,覃继宁,吕维洁,张荻. 机械工程材料. 2011(06)
[4]陶瓷颗粒增强钛基复合材料的研究进展[J]. 彭德林,赵璐华,杜立明. 钛工业进展. 2010(02)
[5]原位自生钛基复合材料研究综述[J]. 吕维洁. 中国材料进展. 2010(04)
[6]粉末冶金制备原位自生钛基复合材料的显微组织和力学性能研究[J]. 周鹏,覃继宁,吕维洁,张荻. 粉末冶金工业. 2009(03)
[7]TiC颗粒增强钛基复合材料的静动态力学性能[J]. 孔令超,宋卫东,宁建国,毛小南. 中国有色金属学报. 2008(10)
[8]原位合成钛基复合材料的研究现状与展望[J]. 肖代红,宋旼,陈康华. 材料导报. 2007(04)
[9]原位自生钛基复合材料的研究进展[J]. 肖代红,宋旻,陈康华. 粉末冶金材料科学与工程. 2007(02)
[10]原位合成多元增强钛基复合材料（TiB+TiC+Y2O3）/Ti[J]. 吕维洁,徐栋,覃继宁,张荻. 中国有色金属学报. 2005(11)
博士论文
[1]MA制备非化学计量比TiC_x和TiN_x及其烧结特性的研究[D]. 孙金峰.燕山大学 2010
硕士论文
[1]原位自生（TiC+TiB）/Ti复合材料的制备及力学性能研究[D]. 李小新.哈尔滨工业大学 2013
[2]反应烧结TiB增强Ti基复合材料组织结构表征及性能研究[D]. 谌广昌.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：2938435
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