【摘要】：顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料(PTMCs)因其力學(xué)性能各向同性和優(yōu)異的抗高溫氧化與耐磨性能而被廣泛應(yīng)用于軍民各個(gè)領(lǐng)域。但是由于其加工性能差,近年來粉末冶金、高能束(電弧、激光、電子束等)沉積等近凈成形方法備受青睞,其中,制備增強(qiáng)顆粒均勻分布的PTMCs得到了較大關(guān)注�；诖�,本文從原材料粉體入手,采用機(jī)械合金化(MA)法原位合成增強(qiáng)顆粒均勻分布的Ti基復(fù)合粉體,并研究了其在電子束下所形成復(fù)合涂層的組織和性能。本文在廣泛查閱相關(guān)文獻(xiàn)及初步實(shí)驗(yàn)探索的基礎(chǔ)上,確定了集復(fù)合粉體工藝參數(shù)和形成機(jī)理研究-復(fù)合粉體過渡層抗“潰散”性分析-電子束熔覆復(fù)合涂層為一體的研究方案。主要開展了以下幾方面工作:(1)以Ti粉和石墨粉為原料,研究了MA法制備TiC/Ti復(fù)合粉體的MA裝置、球磨轉(zhuǎn)速、球料比、球磨時(shí)間等因素對(duì)復(fù)合粉體物相形貌的影響并分析了其形成機(jī)理;確定了MA裝置為德國Pulverisette-6行星球磨機(jī),且其最佳工藝參數(shù)為300rpm球磨轉(zhuǎn)速、20:1球料比和15h球磨時(shí)間;復(fù)合粉體在形成過程中反復(fù)經(jīng)歷著冷焊和斷裂,產(chǎn)生了大量缺陷且原子間擴(kuò)散距離減小,使得納米TiC的合成可以在室溫下進(jìn)行,球磨時(shí)間達(dá)到10h時(shí)納米TiC已明顯生成(即已穩(wěn)定形成TiC/Ti復(fù)合粉體),15h時(shí)復(fù)合粉體粒徑趨于穩(wěn)定的2μm左右,且納米TiC均勻分布在復(fù)合粉體中。(2)采用已探索的理想工藝,在純Ti基體表面制備出了TiC/Ti復(fù)合粉體過渡層,并研究了不同球磨時(shí)間下,復(fù)合粉體過渡層的形成機(jī)理及其抗“潰散”性,發(fā)現(xiàn)球磨時(shí)間達(dá)到15h時(shí),復(fù)合粉體過渡層厚度達(dá)到了40μm左右的最大值,且過渡層中含有大量TiC/Ti復(fù)合粉體并與Ti基體結(jié)合緊密,通過稱重法確定其“吹粉”率只有13.2%左右。(3)對(duì)上述制備的TiC/Ti復(fù)合粉體過渡層進(jìn)行不同掃描速度下的電子束熔覆實(shí)驗(yàn),研究了TiC/Ti復(fù)合涂層物相組織結(jié)構(gòu)及硬度、彈性模量、摩擦磨損性能等的變化規(guī)律;當(dāng)掃描速度為5mm/s時(shí)涂層中TiC主要以粗大的樹枝狀晶存在,掃描速度增加至10mm/s和15mm/s時(shí)TiC以短棒狀和等軸狀彌散分布在基體中;當(dāng)掃描速度為15mm/s時(shí)TiC/Ti復(fù)合涂層性能達(dá)到最優(yōu)值,硬度為8.29GPa、彈性模量為135.2GPa、摩擦系數(shù)為0.48左右;TiC粒徑越小分布越彌散,其硬度、彈性模量越高,耐磨性能越好。以上研究結(jié)果為后續(xù)電子束增材制造TiC/Ti復(fù)合材料奠定了理論與應(yīng)用基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖 1.1 顆粒尺寸及形貌隨球磨時(shí)間分布圖反應(yīng)一個(gè)典型的特點(diǎn)是它們?cè)诜磻?yīng)物相互接觸的區(qū)域形成產(chǎn)物，的原子擴(kuò)散穿過已經(jīng)生成的產(chǎn)物，因此已經(jīng)生成的產(chǎn)物就形成了所以溫度的升高會(huì)加速參與反應(yīng)的原子互相擴(kuò)散，保證了一般固則可以大幅度提高固相反應(yīng)速率，因?yàn)榉垠w顆粒反復(fù)的冷焊和斷之間的接觸面積，同時(shí)不斷暴露出新鮮的表面，這就避免了固相產(chǎn)物的過程，此外，在 MA 中嚴(yán)重的塑性變形會(huì)被引入顆粒中，，度，在顆粒中存在著大量的晶體缺陷，這些缺陷加快了元素之間構(gòu)降低了擴(kuò)散距離[38]。由于上述的原因，使得需要極高溫度才能在室溫下進(jìn)行。的選擇為鈦基復(fù)合材料中提高其性能的關(guān)鍵，其種類的選擇至關(guān)重要，：高硬度剛度、好的化學(xué)穩(wěn)定性、增強(qiáng)相與鈦及其合金的物理和應(yīng)用的過程中，化學(xué)穩(wěn)定性好及增強(qiáng)相與基體相容性好至關(guān)重要

圖 1.2 TiC 晶體結(jié)構(gòu)圖體研究現(xiàn)狀金化法制備 Ti 基復(fù)合粉體的研究主要集中在選取不同顆粒。一種是外加法，即直接將增強(qiáng)顆粒和基體粉體的不斷撞擊，將增強(qiáng)顆粒物理擠壓入基體粉體中。另粒選取相應(yīng)的純?cè)胤垠w或者含有相應(yīng)元素的合金/陶，在鈦及其合金粉體中直接原位反應(yīng)合成增強(qiáng)物質(zhì)。idar 等[42]以 40μm 的 Ti 粉和 2μm 的 Y2O3顆粒制備了鈦0nm 左右，并且還有很高體積分?jǐn)?shù)的晶界。在機(jī)械合金形成了包含有較高位錯(cuò)密度的剪切帶。Y2O3沿著晶界后形成了非晶相復(fù)合材料。用 MA 法制備了 Si 含量為 13.5at.%的 Ti 基復(fù)合粉體，行了詳細(xì)的研究。結(jié)果顯示，隨著球磨時(shí)間的增加 T在 5nm 和 15nm。Ti-Si 粉末主要為納米晶體并殘余有
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG174.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2665130