【摘要】：本文采用“機(jī)械合金化-冷壓成形-真空燒結(jié)”技術(shù)制備了Ti-8Si、Ti-7.6Si-5Cu、Ti-7.2Si-10Cu、Ti-6.4Si-20Cu四種合金(wt.%),并對(duì)其微觀組織、力學(xué)性能、抗氧化性、耐腐蝕性及摩擦磨損性能進(jìn)行了研究。所開(kāi)展的工作及取得的創(chuàng)新成果如下:(1)對(duì)比分析了四種配方混合粉末及燒結(jié)合金的微觀組織、相組成與顯氣孔率。結(jié)果表明:經(jīng)48h高能球磨,單質(zhì)元素混合粉末均取得一定程度的細(xì)化與機(jī)械合金化效果;混合粉末中含有鈦硅化合物TiSi、TiSi2,添加Cu元素后生成了CuSiTi、Ti2C u3、Cu5Si及Ti(C u)固溶體;經(jīng)燒結(jié),粉末中鈦硅化合物向Ti5Si3穩(wěn)定相轉(zhuǎn)化,且Cu的加入促進(jìn)了合金化效果,形成大量Cux Tiy、CuSiTi、C ux Siy化合物;合金表面組織均勻分布,其中Ti-7.6Si-5Cu合金表面質(zhì)量最高;四種材料的顯氣孔率分別為5.84%、0.14%、7.56%、11.89%,且孔隙尺寸較小。(2)對(duì)比分析了四種合金的顯微硬度、彈性模量及斷裂韌性。結(jié)果表明:添加Cu有利于提高Ti-8Si合金的顯微硬度,四種合金的顯微硬度值分別為1021.5 HV、1434.4 HV、1180.9 HV、1171.9 HV,其中Ti-7.6Si-5Cu顯微硬度最高;彈性模量分別68.93 GPa、84.77 GPa、65.68 GPa、71.87 GPa,其中Ti-7.6Si-5Cu彈性模量最大;斷裂韌性分別為4.56 MPa?m1/2,4.59 MPa?m1/2,5.09 MPa?m1/2,5.41MPa?m1/2,隨Cu含量增加而增大。(3)對(duì)比分析了四種合金在800℃溫度下的氧化行為。結(jié)果表明:Ti-8Si合金表面氧化產(chǎn)物主要為金紅石型TiO2,氧化膜由外向內(nèi)分別為TiO2氧化層、TiO2/SiO2復(fù)合氧化層,厚度約為19.73μm;Ti-7.6Si-5Cu合金表面氧化產(chǎn)物主要為金紅石型TiO2與Cu的氧化物,氧化膜自外向內(nèi)分別為TiO2/Cu的氧化物復(fù)合氧化層、TiO2/SiO2復(fù)合氧化層,厚度約為15.91μm;Ti-8Si與Ti-7.6Si-5C u合金的氧化動(dòng)力學(xué)曲線分別符合拋物線-直線規(guī)律和拋物線規(guī)律,平均氧化速度分別為0.35 g?m-2?h-1和0.19 g?m-2?h-1,均達(dá)到抗氧化級(jí)別,對(duì)比可知,Ti-7.6Si-5Cu合金的抗氧化性能更好;而Ti-7.2Si-10Cu、Ti-6.4Si-20Cu兩種合金在氧化實(shí)驗(yàn)(100 h)未結(jié)束時(shí)便“炸裂”,不具備800℃下的抗氧化性能。(4)對(duì)比分析了常溫下四種合金在1 mol/L的HCl溶液中浸泡100 h的腐蝕行為。結(jié)果表明:Ti-8Si與Ti-7.6Si-5Cu合金腐蝕后出現(xiàn)輕微失重,表面組織清晰,平均腐蝕深度分別為15μm、8μm;Ti-7.2Si-10Cu與Ti-6.4Si-20Cu合金失重現(xiàn)象比較嚴(yán)重,表面出現(xiàn)大量腐蝕產(chǎn)物及剝落坑,尤其是Ti-6.4Si-20Cu合金,表層腐蝕產(chǎn)物脫落現(xiàn)象嚴(yán)重,兩者平均腐蝕深度分別為35μm、100μm以上。對(duì)比發(fā)現(xiàn),Ti-7.6Si-5Cu合金的抗鹽酸腐蝕性能最好。(5)對(duì)比分析了干摩擦條件下四種合金的摩擦磨損性能。結(jié)果表明:四種合金的摩擦系數(shù)分別為0.3651、0.6068、0.6107、0.6208;Ti-8Si、Ti-7.2Si-10Cu、Ti-6.4Si-20Cu三種合金磨痕寬度分別為0.4057 mm、0.3859 mm、0.5509 mm,磨損體積分別為0.0262 mm3、0.0226 mm3、0.0657 mm3,表面磨損程度較重,均出現(xiàn)大面積層片狀磨屑、裂紋及剝落坑,磨損形式主要為疲勞磨損和氧化磨損,并輔以一定程度的磨粒磨損與粘著磨損;Ti-7.6Si-5Cu合金的磨痕寬度為0.3315 mm,磨損體積為0.0143 mm3,磨損程度較輕,未出現(xiàn)剝落或裂紋等現(xiàn)象,其磨損形式以磨粒磨損和粘著磨損為主,并伴隨輕微的氧化磨損。對(duì)比發(fā)現(xiàn),Ti-7.6Si-5Cu合金的摩擦磨損性能最好。本文研究首次發(fā)現(xiàn),添加適量的Cu能夠顯著提高Ti-8Si合金的致密度、力學(xué)性能、抗氧化性、耐蝕性及耐磨性能。在本文制備的四種合金中,Ti-7.6Si-5Cu合金的綜合性能較好,為研制新型材料提供了科學(xué)依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TF125.22

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