《微疊層TiBw-TiAl複合材料板材設計製備與強韌化機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由崔喜平擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微疊層TiBw-TiAl複合材料板材設計製備與強韌化機理研究
- 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：崔喜平
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對鈦鋁金屬間化合物板材難於成形的瓶頸問題以及金屬基複合材料強度—韌性（塑性）倒置問題，本項目提出一種具有仿生貝殼層狀結構的TiAl基複合材料板材成形方法：以TiBw/Ti複合材料箔和純Al箔為原料，通過熱處理使Ti和Al發生化學反應結合真空熱壓燒結技術，設計並製備出全層片(α2-Ti3Al/γ-TiAl)層、等軸γ-TiAl層與TiBw-rich層三層交替排列結構的新型微疊層TiBw-TiAl複合材料板。研究熱處理參數、原料箔材層厚以及增強相含量對TiBw-TiAl複合材料的層狀組織演變與力學性能的影響規律，闡明組元層厚、層內組織細化和增強相含量與複合材料巨觀力學性能的關係，揭示微疊層複合材料的強韌化機制與斷裂機理。本項目將從結構設計上為實現鈦鋁金屬間化合物的強韌化奠定理論基礎，為輕質耐熱高強金屬間化合物板材製備提供新途徑。
結題摘要
TiAl基合金具有優TiAl基合金具有優異的性能，能夠滿足未來超音速飛行器對結構減重與高溫強度的雙重要求。然而目前通過傳統工藝路徑（先製備後成形：鑄造/冶金錠-鍛造-包套熱軋）製備TiAl基合金薄板類零件非常困難，針對這一瓶頸問題以及金屬基複合材料強度—韌性（塑性）倒置問題，本項目突破傳統思路限制，創新性地提出“先成形後合成”的研究路線：以純Al箔和自製的TiB/Ti複合材料箔為原料，並將兩種箔材交替堆垛後進行熱壓燒結獲得(TiB/Ti)-Al疊層，隨後先對此塑性良好的疊層材料進行變形到預定形狀，然後再進行反應熱處理，成功開發出一種TiAl曲面類薄板零件的製備成形一體化技術。同時受自然界中強度/韌性達到最佳匹配的貝殼微納疊層結構啟迪，本項目設計了TiAl基複合材料的微觀結構，最終最佳化製備出由全片層 (α2-Ti3Al/γ-TiAl)層、等軸γ-TiAl層與TiB-rich層等三層交替排列構成的新型微疊層TiBw-TiAl複合材料。最佳化了製備工藝參數，闡明了TiBw-TiAl複合材料微疊層結構的形成機理與調控機理，評價了微疊層TiBw-TiAl複合材料的力學性能，建立了微疊層TiBw-TiAl複合材料的基本斷裂模型，並揭示了其強韌化機制。研究表明：通過調節反應退火參數、Al箔與TiB/Ti複合材料箔的厚度以及增強相TiB晶須含量可以調控TiBw-TiAl複合材料的微疊層結構與巨觀力學性能，最終製備出的TiBw-TiAl複合材料微觀組織細小（α2/γ團簇約100μm，等軸γ-TiAl晶粒約20μm），高溫性能優良（750oC拉伸屈服強度＞340MPa），同時表現出較好的斷裂韌性（＞15MPa·m1/2），即微疊層TiBw-TiAl複合材料表現出良好的綜合力學性能，其主要原因在於其形成了獨特的微疊層結構以及TiB晶須自身的強化作用所致。本項目開發的微疊層TiAl基複合材料板材製備成形一體化技術，可能為航空航天曲面類薄板零件的製備提供一種可行的近淨成形方法，同時與目前傳統鎳基高溫合金相比，減重約50%。此外，本項目的完成也為從構型設計角度實現金屬基複合材料的強韌化提供理論與實驗基礎。
