(TiB+TiC)/Ti基复合材料的制备、组织与性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fch_ray
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本文分别采用金属粉末注射成形工艺(Metal Injection Molding,MIM)和熔铸原位合成法制备(TiB+TiC)/Ti基复合材料。在MIM工艺中研究了粉末与粘结剂选择及配比、喂料制备、注射成型、脱脂、烧结等工艺。熔铸原位合成法中,对材料的组织性能进行了研究。将高纯度的B4C粉以质量分数2.4%加入到Ti粉中,和石蜡基粘结剂体系混炼成成分均匀并具有一定流动性的喂料,然后制粒。混炼时加入硬脂酸(SA)作为表面活性剂以改善粘结剂对粉末的润湿性。注射工艺中,模具温度为40℃、注射压力为150 MPa、保压压力为120MPa、注射温度为140℃。分别采用三氯乙烷、二硫化碳及汽油进行常温下溶剂脱脂,三者的平均脱脂率分别为56.4%、65.3%、63.4%。当脱脂至坯块重量不再变化时,三者的时间分别为60h、30h、20h。脱脂后的断口分析显示,成形坯内粘结剂大部分脱除,粉末之间的通道被打开,坯块内形成了连通孔隙。采用真空烧结工艺,真空度达到1×10-2Mpa,先以10℃/min升温至200℃,保温5min再以2.3℃/min升至550℃,保温20min,这时残留的粘结剂被彻底脱除。继续升温,最后达到1240℃,分别在800℃、1000℃、1240℃温度下保温40min、60min、60min,随后试样随炉缓冷。B4C在钛中所占质量分数分数分别为2.5%、2.8%、2.9%,采用纽扣式非自耗电极熔炼炉熔炼。分别对熔铸原位法合成及真空烧结后的材料试样进行SEM、金相显微组织分析及XRD相组成分析,两者的组织基本一致,在高温下B4C和Ti发生反应生成TiB和TiC。TiB和TiC分布在钛基体上,能谱分析表明等轴状或近于等轴状为TiC增强相,针状或短棒状的为TiB增强相。熔铸原位法合成的增强相分布比较均匀,MIM工艺制备的增强相分布相对不均匀。TiB和TiC增强相生成后,复合材料的硬度、压缩强度相比钛基体及Ti-6Al-4V合金有了很大提高,并且随着TiB和TiC的增加,材料的压缩强度、硬度也随之增加。压缩断口显示,断口上存在较多的剪切韧窝,宏观压缩断口与作用力呈45°角,表明断裂属于韧性断裂。高温氧化结果表明,TiB和TiC提高了材料的抗氧化性。
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