颗粒增强金属基复合材料的制备是采用适当方法向金属基体中加入弥散分布的强化颗粒,可在保留金属基体优良特性的前提下提升材料的强度、硬度等综合性能。摩擦堆焊制备颗粒增强金属基复合材料通常是在金属棒材中加入高熔点、高硬度的增强颗粒,利用棒材的旋转和堆焊过程的材料流动实现增强颗粒的弥散分布,并使棒材材料过渡至母材,形成复合堆焊层。然而,增强颗粒的滚动和滑动不利于堆焊过程的稳定,且与基体结合较差,易产生缺陷。本文通过在Ti-6Al-4V棒材中添加熔点相对较低的铝,利用铝和钛原位反应生成的金属化合物作为增强颗粒,改善堆焊工艺性能,实现增强颗粒与基体的良好复合。采用红外测温、X射线衍射技术、扫描电镜、EDS能谱分析等手段较为系统地研究了堆焊层成型、焊后棒材及堆焊层的物相结构,微观组织和元素分布,阐述了堆焊过程中的组织演变,利用硬度测量、电化学实验等研究了堆焊层硬度分布及耐性的变化。通过试验得到以下结论:堆焊过程中的温度变化是影响堆焊层外观形貌及成型的重要因素,红外测温表明堆焊产热主要来自于棒材端部的材料塑性变形,在棒材中加铝可改善堆焊预热阶段的升温稳定性,消除堆焊层后退侧的大量缺陷,改善堆焊层成型。然而铝同时也会在堆焊过程中形成液膜,阻碍钛向母材的沉积过渡,使堆焊层厚度、宽度减小,焊敷率下降。当添加的铝过多时无法获得完整的堆焊层。焊后棒材组织为魏氏组织,沿轴向温度梯度呈现出不同的形貌。加铝焊后棒材中均观察到了 TiAl3和Ti3Al金属化合物,Ti3Al以细小的颗粒状分布于铝附近的基体中,而TiAl3存在于棒材残余铝中,在加铝丝棒材中为短棒状,在加铝粉棒材中为细小颗粒。堆焊层组织包括魏氏组织及带状组织,不同区域魏氏组织呈现不同形态,且发生部分马氏体转变,带状组织沿三维螺旋线分布于堆焊层中,增加了组织不均匀性。加铝堆焊层仅在铝带附近产生了大量铝钛金属化合物颗粒。显微硬度结果表明堆焊过程发生的马氏体转变可有效提高材料硬度。带状组织区域含有大量等轴α、Ti3Al和TiAl3强化颗粒,硬度最高。但因加铝量较少,强化颗粒仅能提高局部区域材料的硬度,对堆焊层整体硬度影响有限。堆焊层在3.5 wt%NaCl溶液中的极化曲线和交流阻抗谱表明加铝堆焊层中的残余铝为耐腐蚀性最为薄弱的区域,铝会与钛基体形成接触电偶,加快腐蚀速率,增加了材料的点蚀敏感性。加铝不利于钝化膜的稳定,使堆焊层整体耐腐蚀性下降。在Ti-6Al-4V棒材中加铝采用摩擦堆焊方法可成功制备以等轴α、Ti3Al及TiAl3为增强颗粒的金属基复合材料。加铝在一定程度上可以改善堆焊层成型,提高材料硬度,但会降低堆焊层在NaCl溶液中的耐腐蚀性。除此之外,堆焊层组织均匀性较差,材料性能无法得到良好的保证。提高堆焊层组织均匀性,消除带状组织并使强化颗粒弥散分布于整个堆焊层中是摩擦堆焊制备颗粒增强复合材料急需解决的问题。