激光熔化沉积TiC/Ti6Al4V复合材料的组织性能调控

发布时间：2022-10-15 13:16

　　随着航空航天技术的发展,很多复杂或具备多种性能的零件要求能够通过增材制造方法一次成形,梯度材料或多种材料组合成形已成为必然趋势。粉基激光熔化沉积技术由于可以在零件制造过程中实现材料组分的随意调配,成为复合材料、梯度材料增材制造的首选方法。在制备Ti C/Ti6Al4V复合材料时,通过粉末参数、激光加工参数的控制,可以进行增强体体积分数、组织性能的自由设计,实现材料组织在各个部位的梯度变化,以达到零件各个部位具有不同性能的目的。本文从Ti C自身特点以及对材料使用要求的角度出发,采用激光熔化沉积技术制备了颗粒增强Ti C/Ti6Al4V梯度复合材料,建立了Ti C颗粒体积分数、尺寸与复合材料组织、性能之间的相关性,系统研究了梯度复合材料的硬度、强度、塑性等性能的影响机制;在此基础上,通过制备原位Ti C增强Ti6Al4V复合材料及热处理方法进一步实现其强度与塑性的提升,为Ti C/Ti6Al4V复合材料组织性能调控提供重要的理论依据。本文首先采用同轴送粉激光熔化沉积方法制备了Ti C颗粒体积分数0-50%递增的Ti C/Ti6Al4V梯度复合材料,解决了激光熔化沉积Ti C/Ti6Al4... 

【文章页数】：155 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景和研究目的及意义
    1.2 梯度复合材料的制备技术研究现状
        1.2.1 化学气相沉积
        1.2.2 等离子喷涂
        1.2.3 放电等离子体烧结
        1.2.4 粉末冶金
        1.2.5 激光熔化沉积
    1.3 激光熔化沉积复合材料的研究现状
        1.3.1 钛基梯度复合材料的制备
        1.3.2 钛基复合材料的组织分析
        1.3.3 钛基复合材料的力学性能分析
        1.3.4 钛基复合材料的失效行为分析
        1.3.5 钛基复合材料性能的改善
    1.4 国内外研究现状简析
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 试验条件及方法
    2.1 试验材料
        2.1.1 基板材料
        2.1.2 粉末材料
    2.2 试验设备
    2.3 激光熔化沉积试验方法
    2.4 沉积态TiC/Ti6Al4V复合材料的热处理
    2.5 微观分析与性能测试
        2.5.1 微观组织分析
        2.5.2 力学性能测试
第3章 TiC/Ti6Al4V梯度复合材料的制备及组织性能分析
    3.1 引言
    3.2 颗粒增强TiC/Ti6Al4V梯度复合材料的制备
    3.3 梯度复合材料的物相及微观组织分析
        3.3.1 梯度复合材料的物相分析
        3.3.2 梯度复合材料的微观组织分析
        3.3.3 梯度复合材料的元素分布
        3.3.4 原位TiC晶体结构分析
        3.3.5 复合材料的组织演变机制
    3.4 梯度复合材料的层间过渡区组织分析
    3.5 梯度复合材料的缺陷分析
    3.6 梯度复合材料的力学性能分析
        3.6.1 梯度复合材料的显微硬度分析
        3.6.2 梯度复合材料的拉伸性能分析
    3.7 梯度复合材料的性能提高机制分析
        3.7.1 梯度复合材料的显微硬度提高机制
        3.7.2 梯度复合材料的强度增强机制
    3.8 本章小节
第4章 原位增强TiC/Ti6Al4V复合材料的制备及组织性能分析
    4.1 引言
    4.2 原位TiC增强Ti6Al4V复合材料的制备
        4.2.1 通过改变热输入制备原位TiC/Ti6Al4V
        4.2.2 利用超细TiC粉末制备原位TiC/Ti6Al4V
    4.3 原位TiC增强Ti6Al4V复合材料的室温拉伸性能
    4.4 原位TiC增强Ti6Al4V复合材料性能提高的机制
        4.4.1 原位TiC和TiC颗粒增强复合材料的物相和微观组织
        4.4.2 复合材料的微观组织对其室温拉伸性能的影响
    4.5 原位TiC增强Ti6Al4V复合材料的高温拉伸性能
    4.6 本章小节
第5章 热处理对TiC/Ti6Al4V复合材料性能的调控
    5.1 引言
    5.2 热处理工艺的选择
        5.2.1 相区分析
        5.2.2 热处理温度的选择
    5.3 热处理对TiC/Ti6Al4V复合材料性能的改善
        5.3.1 1150 ℃热处理下TiC颗粒增强复合材料的性能
        5.3.2 热处理温度对TiC颗粒增强复合材料性能的影响
        5.3.3 热处理对原位TiC增强Ti6Al4V复合材料性能的影响
    5.4 热处理态复合材料塑性提高的机制
        5.4.1 1150 ℃热处理下复合材料的组织及断裂行为
        5.4.2 热处理温度对复合材料的组织及断裂行为的影响
    5.5 本章小节
结论
创新点
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]激光近净成形SS316/Ni20复合材料的开裂机理[J]. 郝云波,张国会,马广义,闫帅,牛方勇,吴东江.  中国有色金属学报. 2017(12)
[2]Rapid in-situ reaction synthesis of novel TiC and carbon nanotubes reinforced titanium matrix composites[J]. Xianglong Sun,Yuanfei Han,Sanchen Cao,Peikun Qiu,Weijie Lu.  Journal of Materials Science ＆ Technology. 2017(10)
[3]激光3D打印方法制备Nb/SiC体系梯度材料的微观组织及反应机理[J]. 李胜男,熊华平,陈冰清,李能,李万青.  焊接学报. 2016(02)
[4]非连续增强钛基复合材料研究进展[J]. 黄陆军,耿林.  航空材料学报. 2014(04)
[5]激光立体成形Ti60-Ti2AlNb梯度材料的组织与相演变[J]. 杨模聪,林鑫,许小静,陈静,黄卫东.  金属学报. 2009(06)
[6]TiC增强钛基复合材料激光熔覆层显微组织及形成机理[J]. 武万良,李学伟,刘万辉,郭子玉.  稀有金属材料与工程. 2006(09)
[7]钛基梯度功能材料的复合结构研究进展[J]. 李永,宋健,张志民.  稀有金属材料与工程. 2005(02)
[8]W/Cu功能梯度材料的热应力优化设计[J]. 凌云汉,白新德,李江涛,葛昌纯.  稀有金属材料与工程. 2003(12)
[9]TiC/Ti合金中共晶TiC形态的形成机制研究[J]. 金云学,曾松岩,张二林,朱兆军.  稀有金属材料与工程. 2003(06)
[10]自生TiCp/Ti复合材料中TiC的生长习性[J]. 金云学,李庆芬,张虎,曾松岩,张二林.  金属学报. 2002(11)

博士论文
[1]熔铸法制备TiC/Ti-6Al-4V复合材料组织与力学性能研究[D]. 曹磊.哈尔滨工业大学 2010

硕士论文
[1]TA15/Ti2AlNb梯度材料激光熔化沉积工艺研究及数据库开发[D]. 高明鉴.哈尔滨工业大学 2017
[2]激光近净成形TC4/ZrO2梯度材料实验研究[D]. 沈忱.大连理工大学 2017
[3]激光近净成形SS316/Ni20/Fe90功能梯度叶片实验研究[D]. 郝云波.大连理工大学 2017
[4]激光快速成形法制备Ni/TiC功能梯度材料的结构设计及优化[D]. 牛犇.北京理工大学 2015
[5]等离子喷涂Fe-Al2O3梯度功能涂层组织及性能研究[D]. 王利军.河北农业大学 2014
[6]送粉式和送丝式的钛合金激光增材制造特性研究[D]. 章敏.哈尔滨工业大学 2013
[7]5vol.%TiC/Ti-6Al-4V复合材料的制备及其组织性能研究[D]. 丛岩.哈尔滨工业大学 2012
[8]氮化硅基连续功能梯度材料的制备及其性能研究[D]. 刘强.哈尔滨工业大学 2010
[9]TiC/Ti6Al4V复合材料中TiC的形态演变与控制机理[D]. 盖鹏涛.哈尔滨工程大学 2008



本文编号：3691376