粉末冶金法制备颗粒增强钛基复合材料的研究进展
发布时间：2021-09-25 13:44
颗粒增强钛基复合材料因具有高强度、轻量化、耐蚀性和高温力学性能优良等特点被广泛应用于航空航天、汽车工业、医用工程领域。本文介绍了钛基复合材料在国内外的发展概况与研究成果,阐述了钛基复合材料基体组成、增强体形貌及物理性质、增强体引入方式、制备工艺及力学性能等方面,重点讨论了利用不同粉末冶金法制备颗粒增强钛基复合材料的工艺特点及材料特性,并对其进一步研究提出展望。
【文章来源】：粉末冶金技术. 2020,38(02)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
TiC、Ti B增强Ti-6Al-4V复合材料的微观形貌及能谱分[14]
制备优良的钛基复合材料不仅需要选择合适的基体和增强体材料，还要选择有效的成形工艺。粉末冶金法制备钛基复合是目前研究的焦点，该方法是将金属及增强体粉末经过混粉、成形及烧结制得金属基复合材料，该工艺可以直接制备出近净成形零部件。通过粉末烧结工艺，增强体颗粒与基体发生聚集、黏结，原子间的扩散能力增加，并形成黏结面，促使颗粒间空隙的尺寸和数量不断减小，进而提高材料的相对密度和强度。通过调节尺寸大小和加入量，增强体可以均匀弥散分布在钛或钛合金基体中[21]。粉末冶金工艺包括传统粉末冶金技术和新型粉末冶金技术。近年来，机械合金化法、热压成形法、喷射沉积法、放电等离子烧结法、自蔓延高温合成法、激光熔覆技术和增材制造技术等新型粉末冶金方法越来越得到重视，已经成为制备复合材料应用最广泛的技术。具体工艺流程如图2[22]所示。2.1 机械合金化法（mechanical alloying,MA）
喷射沉积技术是一种介于液态成形与固态粉末冶金成形之间的一种新型粉末冶金技术，该技术是利用高压惰性气体或离心雾化将半熔态金属颗粒喷射至较冷基体上而凝固的成形工艺。该工艺用于制备在特殊环境下服役的零部件，目前已经广泛应用于镍基、铝基等复合材料的制备。由于钛具有显著的耐腐蚀性，良好的生物相容性和优异的力学性能，因此，常在其表面包覆生物活性高的羟基磷灰石以制备高性能钛基复合材料作为人体植入物。Zhou和Mohanty[34]采用冷喷射沉积技术与热处理工艺相结合的方法成功制备出羟基磷灰石/Ti生物材料。研究表明，复合涂层为冷喷涂羟基磷灰石的钛基复合材料，通过热处理工艺后，其耐腐蚀性能和力学性能（显微硬度和极限剪切应力）得到大幅度提高，这主要与缺陷减少、孔隙率降低以及残余应力消除等密切相关。激光熔覆沉积工艺为最先进的喷射沉积技术之一，其工艺流程如图4所示[35]。Ogunlanaa等[36]利用激光熔覆沉积技术在Ti-6Al-4V基体表面喷射沉积B4C陶瓷粉末，在合金相中形成硬质陶瓷化合物，使其表面具有优异的耐磨性能以及较高的显微硬度，经过磨痕测量评估，激光功率为1800 W时制备的试样具有最低的磨损深度（74.6μm）和磨损宽度（1080.7μm）。2.5 增材制造技术（additive manufacturing,AM)
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同含量（TiC+TiB）对TC4合金组织和力学性能的影响[J]. 林雪健,董福宇,张世鑫,苏宝献,张悦,黄宏军,袁晓光,骆良顺,苏彦庆. 热加工工艺. 2019(06)
[2]粉末冶金制备纯铝基复合材料的研究进展[J]. 王莲莲,龙威,周小平. 热加工工艺. 2018(18)
[3]电子束重熔对机械合金化法制备TiC/Ti复合涂层组织及摩擦性能的影响[J]. 方超,姚正军,张莎莎,陶学伟,刘莹莹. 复合材料学报. 2019(01)
[4]原位合成技术在非连续增强钛基复合材料中的应用及展望[J]. 付彬国,李朝志,刘金海,李国禄,都志杰,宁子轩,廖婧雯,李云,李利东. 铸造. 2018(04)
[5]数字化3D打印技术在口腔种植中的应用进展[J]. 陈继民,张成宇. 新材料产业. 2017(11)
[6]原位合成层状Ti-（TiB+TiC）/Ti复合材料的组织与力学性能[J]. 段宏强,韩远飞,吕维洁,王立强,毛建伟,张荻. 机械工程材料. 2017(05)
[7]连续纤维增强金属基复合材料研究进展及其激光熔覆[J]. 石川,雷剑波,周圣丰,郭津博,王威. 激光与光电子学进展. 2017(06)
[8]亚微米级SiC颗粒对Ti（C,N）基金属陶瓷材料性能和结构的影响研究[J]. 刘兵,张茜,陈慧,涂铭旌. 粉末冶金技术. 2015(03)
[9]基体组织对TiC/Ti-6Al-4V复合材料断裂韧性的影响[J]. 雷力明,黄光法,王方秋,郭相龙. 金属热处理. 2014(09)
[10]粉末冶金原位合成法制备钛基复合材料的研究进展[J]. 覃群,王天国,范宏训. 粉末冶金工业. 2010(05)
本文编号：3409843
【文章来源】：粉末冶金技术. 2020,38(02)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
TiC、Ti B增强Ti-6Al-4V复合材料的微观形貌及能谱分[14]
制备优良的钛基复合材料不仅需要选择合适的基体和增强体材料，还要选择有效的成形工艺。粉末冶金法制备钛基复合是目前研究的焦点，该方法是将金属及增强体粉末经过混粉、成形及烧结制得金属基复合材料，该工艺可以直接制备出近净成形零部件。通过粉末烧结工艺，增强体颗粒与基体发生聚集、黏结，原子间的扩散能力增加，并形成黏结面，促使颗粒间空隙的尺寸和数量不断减小，进而提高材料的相对密度和强度。通过调节尺寸大小和加入量，增强体可以均匀弥散分布在钛或钛合金基体中[21]。粉末冶金工艺包括传统粉末冶金技术和新型粉末冶金技术。近年来，机械合金化法、热压成形法、喷射沉积法、放电等离子烧结法、自蔓延高温合成法、激光熔覆技术和增材制造技术等新型粉末冶金方法越来越得到重视，已经成为制备复合材料应用最广泛的技术。具体工艺流程如图2[22]所示。2.1 机械合金化法（mechanical alloying,MA）
喷射沉积技术是一种介于液态成形与固态粉末冶金成形之间的一种新型粉末冶金技术，该技术是利用高压惰性气体或离心雾化将半熔态金属颗粒喷射至较冷基体上而凝固的成形工艺。该工艺用于制备在特殊环境下服役的零部件，目前已经广泛应用于镍基、铝基等复合材料的制备。由于钛具有显著的耐腐蚀性，良好的生物相容性和优异的力学性能，因此，常在其表面包覆生物活性高的羟基磷灰石以制备高性能钛基复合材料作为人体植入物。Zhou和Mohanty[34]采用冷喷射沉积技术与热处理工艺相结合的方法成功制备出羟基磷灰石/Ti生物材料。研究表明，复合涂层为冷喷涂羟基磷灰石的钛基复合材料，通过热处理工艺后，其耐腐蚀性能和力学性能（显微硬度和极限剪切应力）得到大幅度提高，这主要与缺陷减少、孔隙率降低以及残余应力消除等密切相关。激光熔覆沉积工艺为最先进的喷射沉积技术之一，其工艺流程如图4所示[35]。Ogunlanaa等[36]利用激光熔覆沉积技术在Ti-6Al-4V基体表面喷射沉积B4C陶瓷粉末，在合金相中形成硬质陶瓷化合物，使其表面具有优异的耐磨性能以及较高的显微硬度，经过磨痕测量评估，激光功率为1800 W时制备的试样具有最低的磨损深度（74.6μm）和磨损宽度（1080.7μm）。2.5 增材制造技术（additive manufacturing,AM)
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同含量（TiC+TiB）对TC4合金组织和力学性能的影响[J]. 林雪健,董福宇,张世鑫,苏宝献,张悦,黄宏军,袁晓光,骆良顺,苏彦庆. 热加工工艺. 2019(06)
[2]粉末冶金制备纯铝基复合材料的研究进展[J]. 王莲莲,龙威,周小平. 热加工工艺. 2018(18)
[3]电子束重熔对机械合金化法制备TiC/Ti复合涂层组织及摩擦性能的影响[J]. 方超,姚正军,张莎莎,陶学伟,刘莹莹. 复合材料学报. 2019(01)
[4]原位合成技术在非连续增强钛基复合材料中的应用及展望[J]. 付彬国,李朝志,刘金海,李国禄,都志杰,宁子轩,廖婧雯,李云,李利东. 铸造. 2018(04)
[5]数字化3D打印技术在口腔种植中的应用进展[J]. 陈继民,张成宇. 新材料产业. 2017(11)
[6]原位合成层状Ti-（TiB+TiC）/Ti复合材料的组织与力学性能[J]. 段宏强,韩远飞,吕维洁,王立强,毛建伟,张荻. 机械工程材料. 2017(05)
[7]连续纤维增强金属基复合材料研究进展及其激光熔覆[J]. 石川,雷剑波,周圣丰,郭津博,王威. 激光与光电子学进展. 2017(06)
[8]亚微米级SiC颗粒对Ti（C,N）基金属陶瓷材料性能和结构的影响研究[J]. 刘兵,张茜,陈慧,涂铭旌. 粉末冶金技术. 2015(03)
[9]基体组织对TiC/Ti-6Al-4V复合材料断裂韧性的影响[J]. 雷力明,黄光法,王方秋,郭相龙. 金属热处理. 2014(09)
[10]粉末冶金原位合成法制备钛基复合材料的研究进展[J]. 覃群,王天国,范宏训. 粉末冶金工业. 2010(05)
本文编号：3409843
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