《粉末冶金γ-TiAl基合金放電等離子燒結機理研究》是依託中南大學，由王岩擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：粉末冶金γ-TiAl基合金放電等離子燒結機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王岩
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
γ-TiAl基合金兼具金屬和陶瓷的優點，是一種最具競爭力和發展前景的航空航天用新型材料。放電等離子燒結技術融等離子活化燒結、熱壓、電阻加熱於一體，已成功套用於γ-TiAl基合金的粉末冶金製備並獲得了高緻密度和細晶的燒結體，然而目前有關γ-TiAl基合金放電等離子燒結的緻密化過程及其機理尚不明確。本項目擬以TiAl-Nb合金體系為對象，旨在研究不同粉末狀態的TiAl-Nb基合金在放電等離子燒結過程中的相轉變規律，探討多場耦合作用下TiAl-Nb基合金的放電等離子燒結緻密化機理，獲得弱導電B粉末顆粒的添加對TiAl-Nb基合金放電等離子燒結頸形成與長大的影響及其作用機制，以期實現粉末原料本徵特徵、燒結制度、微觀組織及典型性能的協同性控制。本項目的開展不僅對豐富放電等離子燒結理論具有重要的學術價值和理論意義，而且對實現γ-TiAl基合金性能瓶頸的突破、推動其工程化套用的進程具有顯著的現實意義。
結題摘要
γ-TiAl基合金是一類最具發展潛力的新型輕質耐高溫結構材料。放電等離子燒結(SPS)技術作為一種先進且高效的粉末燒結技術，已成功套用於γ-TiAl合金的製備。然而由於SPS過程中複雜的多場耦合作用，目前關於γ-TiAl合金SPS緻密化過程及其機理尚未得到完全闡釋，從而導致對於SPS燒結體的微觀組織結構控制還缺乏理論的指導。本項目以Ti-45Al-7Nb-0.3W合金成分為研究對象，表征了不同粒度氣霧化粉末和不同制度球磨粉末的相組成及微觀缺陷，系統研究了不同狀態粉末在SPS過程中的相及組織演變規律，探討了多場耦合作用下合金SPS燒結緻密化機理，闡明了B添加對緻密化過程及微觀組織演化的影響及其作用機制，並提出了基於該合金典型服役性能的微觀結構協同性控制方法。 氣霧化粉末由大量α2相、少量γ相和微量β相組成；提高燒結溫度、減小粉末粒度均可提高其SPS燒結體緻密度，其典型組織呈現混合結構，γ晶尺寸不均勻性與變形不均勻性有關。球磨處理、增加球磨時間或轉速，粉末中α2相衍射峰寬化，粒徑減小；其燒結體緻密度不斷提高，γ晶和α2晶更為均勻並細化，γ晶尺寸不均勻性與其不均勻形核及α2晶不均勻分布有關。適量B(TiB2)添加可提高SPS緻密化速率，細化組織並提高其均勻性。合金粉末SPS緻密化符合Olevsky燒結模型，其機制主要包括蠕變變形燒結機制、直流脈衝電流導致的粉末顆粒熔化及壓力的作用下熔化表面與凸起或凸起之間的接觸緻密化機制、擴散機制；低溫下以擴散和應力的貢獻為主，高溫下以蠕變變形的作用為主。高的緻密度、細小的晶粒尺寸、低的α2/γ片層晶團含量、均勻的相分布以及適量的B(TiB2)添加均有助於合金粉末SPS燒結體抗拉強度的提高。故建議以球磨粉為原料並添加適量B(TiB2)成分，選擇適宜的球磨和SPS工藝參數以提高燒結體的緻密度，並控制其晶粒尺寸、O含量、相成分、含量及分布，以期獲得力學性能的進一步提高。 上述成果不僅對豐富SPS及其它相關學科理論具有重要的學術價值，而且對實現γ-TiAl基合金性能瓶頸的突破、推動其工程化套用進程具有顯著的現實意義。
