《層狀結構Ti5Si3/TiAl複合材料板材的合成理論與力學特性》是依託哈爾濱工業大學，由耿林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：層狀結構Ti5Si3/TiAl複合材料板材的合成理論與力學特性
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：耿林
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目選擇鈦箔和鋁矽合金箔作為原材料，對交替層疊兩種箔材進行真空熱壓和熱軋，通過分步反應熱處理技術，利用矽元素在Ti-Al二元金屬間化合物（TiAl3、Ti2Al5、TiAl2、TiAl、Ti3Al）中的固溶度的差異及Ti-Si化學反應，形成層狀分布的原位自生Ti5Si3增強體，製備出Ti5Si3在三維空間內層狀分布的Ti5Si3/TiAl層狀複合材料板材。研究原材料參數（原材料箔厚度、Si含量）及熱處理工藝對層狀複合材料微觀組織的影響規律，實現Ti5Si3增強體的層狀分布，揭示層狀複合材料合成機制。測試層狀複合材料力學性能，建立層狀結構參數與力學性能間的關係；原位分析層狀複合材料變形過程的組織結構演化規律，揭示Ti5Si3/TiAl層狀複合材料的強韌化機制。項目的實施將豐富金屬複合材料的製備與成形理論，為解決高性能TiAl薄板成型難題提供有效技術途徑和理論支撐。
結題摘要
為解決高性能TiAl板材製備與成型難的問題，通過分步反應熱處理技術製備了一種增強體層狀分布的TiAl板材，研究複合材料分步反應熱處理相關的理論基礎和技術問題，揭示層狀結構對材料高溫變形與高溫氧化的影響規律及機制，最終實現高性能TiAl合金板材的製備與成型一體化，豐富金屬複合材料的製備與成形理論。基於前期層狀複合材料的製備經驗，以Ti箔和Al-Si合金箔為原材料，通過兩步反應退火成功製備出由TiAl基體層和Ti5Si3增強的TiAl層構成的增強體體積分數為2.4%，7.2%，12%的Ti5Si3/TiAl層狀複合材料。研究兩步反應退火中保溫溫度和時間對微觀組織的影響規律，總結多層複合板反應退火過程和合成機理並進一步最佳化了工藝參數。重點研究了Si在TiAl3層中的原位析出行為和不同Al含量對Ti基體組織的影響規律及Ti3Al的析出行為。研究Al-Si合金箔中Si含量對Ti5Si3/TiAl複合材料板材中Ti5Si3增強體分布的影響規律。通過改變原始箔材厚度成功製備了獨特的粗晶層與細晶層交替排列的Ti5Si3/Ti3Al複合材料板材，總結了Ti箔和Al-Si合金箔的原始厚度及反應退火參數對於TiAl基複合材料微觀組織的影響規律。通過測試Ti5Si3/TiAl複合材料板材的室溫和高溫力學性能，建立了具有層狀分布特徵的複合材料板材力學性能與微觀組織間的關係。基於掃描電鏡的原位載入裝置通過DIC技術原位分析了Ti5Si3/TiAl複合材料板材變形過程中的應變演化行為，採用同步輻射三維成像技術表征了材料的斷裂行為，提出了Ti5Si3/TiAl複合材料板材的強韌化機制。通過測試Ti5Si3/TiAl複合材料板材的高溫抗氧化性能，揭示了Ti5Si3/TiAl複合材料板材氧化動力學規律及微觀組織與層狀結構對複合材料高溫抗氧化能力的影響規律。發表學術論文11篇。培養博士研究生5名，已畢業4名；培養碩士研究生2名均已經畢業。
