【摘 要】
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γ-TiAl基合金因其密度低、弹性模量高,耐腐蚀,在高温下具有足够的强度以及良好的抗蠕变、抗氧化性,作为新一代的轻质高温结构材料,广泛应用于航空航天、生物医疗和汽车制造等领
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γ-TiAl基合金因其密度低、弹性模量高,耐腐蚀,在高温下具有足够的强度以及良好的抗蠕变、抗氧化性,作为新一代的轻质高温结构材料,广泛应用于航空航天、生物医疗和汽车制造等领域。本文采用自悬浮定向流法制备TiAl纳米粉,结合等离子体烧结(SPS)和热压烧结制备TiAl基纳米晶合金,并研究了Ti纳米粉的制备工艺,热压烧结工艺,等离子体烧结工艺,以及TiAl基合金块体的组织和力学性能。 在制备Ti纳米粉的稳定工艺条件下,即高频电源输出电压5.6kv,冷却气体流速0.6m3/h,控制钛丝和铝丝的加料速率分别为15.87mg/min和9.2mg/min,当熔球温度达到平衡的2440±10℃,制备出相组成为Ti3Al和TiAl的复合粉末,其粒径分布在30-70nm,平均粒径约45nm。 将制备出的纳米粉进行热压烧结,并对块体进行表征。热压块体的相组成为TiAl、Ti3Al以及少量的Al2O3和Al3Ti5O2,热压过程中,大量α2-Ti3Al转变成γ-TiAl;增加烧结温度、烧结压力和保温时间,块体的致密度将被提高;950℃-2t-1h条件下制备的块体密度最大为3.888g/cm3;900℃-6t-1h条件下制备的块体硬度得到最大值1029HV。 将制备出的纳米粉进行等离子体烧结,研究了烧结温度对显微组织和力学性能的影响。SPS烧结的块体,内部O元素转变成少量的硬质Al2O3相,所得块体为Ti3Al(TiAl)/Al2O3的复合材料;1050℃及以上烧结时存在γ-TiAl到α2-Ti3Al的相变,随着烧结温度的升高,块体的密度和显微硬度变化不大,得到的最大值分别为3.953g/cm3和758.8HV500(7.4GPa);复合块体的室温压缩测试表现为完全弹性形变,1000℃烧结的块体性能最优,其压缩强度和压缩率分别为2432MPa和37.2%。
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