《增強體準連續網狀分布TiBw/TC4複合材料設計與製備基礎研究》是依託哈爾濱工業大學，由黃陸軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：增強體準連續網狀分布TiBw/TC4複合材料設計與製備基礎研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：黃陸軍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
陶瓷增強體分布狀態決定著金屬基複合材料的性能，本項目通過理論分析與數值模擬，以同時提高鈦基複合材料增強效果與增韌效果為目的，設計一種增強體呈三維準連續網狀分布的鈦基複合材料組織結構。通過選擇大尺寸TC4粉原料，設計與調控機械球磨與熱壓燒結參數，利用TiB2與Ti原位自生反應，生成晶須狀TiB增強體，有效連線TC4基體顆粒，製備增強體準連續網狀分布的TiBw/TC4複合材料。闡明製備參數和網狀結構參數對鈦基複合材料組織演化及力學性能的影響規律。研究網狀結構TiBw/TC4複合材料組織結構與力學性能的可設計、可調控及可預測性。通過對具有不同網狀結構參數的TiBw/TC4複合材料進行斷裂機制分析，結合理論分析與數值模擬，揭示TiBw/TC4複合材料網狀組織結構高效的增強與增韌機理。本項目的研究為採用材料設計思想，最佳化非連續增強金屬基複合材料組織結構，有效提高金屬基複合材料強韌性提供理論基礎。
結題摘要
本項目在國家自然科學基金的資助下，完成了增強體準連續網狀分布TiBw/TC4複合材料設計與製備基礎研究，取得了創新研究成果。針對粉末冶金法製備非連續增強鈦基複合材料增強效果不高與室溫脆性大的瓶頸問題，基於Hashin-Shtrikman理論與晶界強化理論，兼顧室溫塑性要求，成功設計出具有不同參數的網狀組織結構。通過選擇大尺寸TC4鈦合金粉與細小TiB2粉為原料，低能球磨混粉與熱壓燒結工序，成功製備出了具有不同網狀結構參數的系列TiBw/TC4複合材料。最佳化出最佳低能球磨混粉參數200rpm/8h/5:1，最佳熱壓燒結參數1200℃/0.5h/20MPa。拉伸性能測試結果顯示，隨著局部增強相含量的增加強度增加塑性降低，隨著網狀尺寸的增加，強度降低塑性增加。調整結構參數，燒結態TiBw/TC4複合材料可以獲得大於9%的室溫拉伸延伸率，或大於1280MPa的抗拉強度。斷裂分析表明，裂紋總是沿著網狀界面處擴展，充分發揮了增強相的增強效果。增強相貧化區可以有效承載應變、鈍化裂紋、降低裂紋擴展速度，改善複合材料的塑性水平。因此，網狀結構TiBw/TC4複合材料高效的增強效果主要歸因於增強相網狀分布形成的三維網狀結構，優異的塑性水平主要歸因於較大的增強相貧化區的存在與適中的局部增強相含量。後續熱處理與熱變形可以有效提高TiBw/TC4複合材料強度水平，甚至超過1400MPa，熱變形還可大幅提高其室溫塑性水平，甚至達到12%。基於網狀結構鈦基複合材料的創新理念，協助培養博士研究生4名；碩士生8名，發表學術論文45篇，其中SCI論文24篇，參加國際學術會議11人次；申請國家發明專利8項。應邀出版專著1部-網狀結構鈦基複合材料-國防工業出版社，應邀在《Progress in Materials Science》雜誌上撰寫綜述文章1篇，獲黑龍江省科學技術獎二等獎1項。網狀結構鈦基複合材料的設計與製備，不僅解決了粉末冶金法製備鈦基複合材料的瓶頸問題，表現出優異的塑性水平及可塑性加工能力，而且進一步提高了鈦基複合材料在室溫與高溫的增強效果。
