【摘 要】
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钛基复合材料具有高比强度、高比模量、耐磨、耐热等优点,因此得到科研工作者的广泛的关注。然而,以往采用粉末冶金法制备的钛基复合材料通常是以牺牲其塑性为代价的,很大程度上阻碍了其发展与应用。钛合金的力学性能对O元素较为敏感,相较于Al、Sn、Zr、Mo等合金元素,其强化效果明显优于其他间隙元素。将氧元素作为Ti晶格中的增强元素,以一种特殊的渗氧方式引入到钛合金中,有助于钛合金固溶强化以及晶粒细化,可以
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钛基复合材料具有高比强度、高比模量、耐磨、耐热等优点,因此得到科研工作者的广泛的关注。然而,以往采用粉末冶金法制备的钛基复合材料通常是以牺牲其塑性为代价的,很大程度上阻碍了其发展与应用。钛合金的力学性能对O元素较为敏感,相较于Al、Sn、Zr、Mo等合金元素,其强化效果明显优于其他间隙元素。将氧元素作为Ti晶格中的增强元素,以一种特殊的渗氧方式引入到钛合金中,有助于钛合金固溶强化以及晶粒细化,可以制备出具有高强度和高延展性的钛合金。本论文采取特殊的粉末渗氧技术,对球形钛粉表面进行热氧化处理,钛氧化合物在钛颗粒表面均匀生成且结合紧密,芯部仍为纯Ti基体组织,从而形成了“核壳Ti（O）颗粒”。研究了不同渗氧温度下的核壳Ti（O）颗粒内核与外壳的粉体截面形貌、微观组织变化、元素分布与相组成的演变规律,并结合纳米压痕法总结了纯Ti粉末的热氧化机理。应用ANSYS有限元分析软件,对纯Ti粉末的SPS致密化过程进行模拟,分析了烧结过程中的温度和电流密度分布,探讨了SPS的致密化机理,得到了较好的纯Ti粉末致密化烧结参数。将“核壳Ti（O）颗粒”作为增强体添加到纯Ti粉末中,经低能混粉制备出“核壳Ti（O）颗粒/纯Ti”混合粉末,并结合SPS有限元分析得出的纯Ti粉末致密化烧结参数,成功制备出致密性良好的核壳Ti（O）颗粒增强钛合金。对不同重量比的核壳Ti（O）颗粒增强钛合金进行了显微硬度测试,纯Ti的平均硬度为192 HV,CS-40试样为549 HV,合金总体提升了1.70～2.86倍,提升效果极其显著。烧结合金硬度的提升可归因于材料晶粒尺寸的减小以及氧元素的固溶。室温压缩性能测试表明,核壳Ti（O）颗粒的添加使合金强度得到大幅提升的同时并且保持了良好的塑性,实现了强度与塑性的平衡。CS-30试样的综合力学性能最优,其屈服强度、抗压强度和断前极限应变分别为1440.8 MPa、1919.2 MPa、19.2%。
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