Keywords: Titanium matrix composite; Interface; Microstructure; Property

目录

第一章绪论 1

1.1引言 1

1.2钛基复合材料界面研究 2

1.2.1界面的基本概念 2

1.2.2钛基复合材料中存在的界面 3

1.3功能梯度界面研究 4

1.3.1功能梯度界面 4

1.3.2NiTi扩散相变的研究 5

1.4研究的目的和意义 8

1.4.1研究的目的 8

1.4.2研究的意义 8

第二章实验材料和试验方法 10

2.1实验材料及设备 10

2.2实验内容及步骤 11

2.2.1化学镀 11

2.2.2预扩散热处理 14

2.2.3不同温度热处理 14

2.2.4镶嵌 14

2.2.5水磨 14

2.2.6抛光 15

2.2.7腐蚀 15

2.2.8组织观察 15

2.2.9机械性能的测试 15

2.2.10耐蚀性能测试 16

第三章 实验结论与分析 18

3.1化学镀镍分析 18

3.1.1镀液温度对镀层的影响 18

3.1.2镀液PH值对镀层的影响 19

3.1.3活化时间对镀层的影响 20

3.1.4粗糙度对镀层的影响 21

3.2XRD衍射分析 21

3.3镀镍预扩散分析 23

3.4不同温度热处理相变分析 28

3.4.1770℃热处理 28

3.4.2950℃热处理 29

3.4.31120℃热处理 30

3.5力学性能分析 32

3.5.1不同温度热处理硬度分析 32

3.5.2预扩散后不同温度热处理硬度分析 33

3.5.3未预扩散不同温度热处理硬度分析 34

3.6耐磨性测试与分析 36

3.7耐蚀性测试与分析 39

结论 42

作者本科期间发表的论文 43

II

致谢 44

参考文献 45

第一章绪论

1.1引言

钛合金因其高的比强度[1]、比刚度、抗腐蚀等许多优异的性能，使其成为航空航天最好的工业用结构材料之一。然而其工作的极限温度不高[2]，对于一些工作温度较高的零件来说，其高温使用性能已经不能很好的满足使用要求[3]，所以具有优良性能的钛基复合材料便成为了人们研究的重点。70年代开始，研究人员开始研究钛基复合材料（TMCs），在80年代中期，美国航天飞机(NASP)和整体高性能涡轮发动机技术(IHPTET)以及欧洲、日本同类发展计划的实施[4～6]，给TMCs材料的发展提供了契机，使其成为了80年代材料科学领域热点的研究对象。近年来，因为钛基复合材料具有着更加优良的的综合性能，钛基复合材料自然引起了人们的关注[7]。钛基复合材料是在钛合金基体上加入高刚度、高强度的陶瓷增强体，从而进一步提高其比强度、比刚度和高温抗蠕变等性能，并且极大地改善了钛合金阻燃性差、弹性模量低等缺点。钛基复合材料（TMCs）以其耐高温、高比模量、高比强度及性能可设计性强等众多优异性能受到工业技术发达国家的重视，并得到了大力的发展，众多大型钛业公司和科研组织也展开了制备和应用方面的研究以争夺市场优势。所以钛基复合材料所具有的优良性能使其在各个领域具有极大的使用价值，是先进航空发动机及飞行器等许多重要部件的首选材料之一[8-10]。

由于材料制造工艺水平的限制，以及钛合金基体和陶瓷增强体之间弹性模量相差较大，陶瓷增强体嵌入钛合金基体后会导致材料性质的不连续，使得复合材料易于产生大量的微裂纹，整个材料在受力后就易于在界面处发生断裂，从而直接影响材料的宏观性能，减少其使用寿命。为了更好的解决这些问题，功能梯度材料的概念就被借鉴到钛基复合材料的研究设计中，即在基体和增强体之间引入一个合理的功能梯度界面，作为一个过渡层。目前，通过引入梯度界面的方式，将减小钛合金基体和陶瓷增强体之间的弹性模量差距，从而大幅度地减缓其应力集中的现象，增强其强度和韧性，这将使得材料的性能在原有的基础上得到一个较大的提升。所以研究基体和增强体之间的功能梯度界面及其控制对钛基复合材料的发展就显得十分必要。