【摘 要】
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耐高温钛合金和复合材料在航空发动机和其他领域具有重要的应用。本文采用放电等离子体烧结（SPS）工艺制备了基体合金Ti750（新型耐高温钛合金）、以及利用SiCp,、SiCw、B4C和GPLs非原位增强制备5vol.%SiCp+1vol.%B4C+Ti750复合材料、5vol.%SiCp+5vol.%SiCw+Ti750复合材料、5vol.%SiCp+0.15vol.%GNPs+Ti750复合材料以
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耐高温钛合金和复合材料在航空发动机和其他领域具有重要的应用。本文采用放电等离子体烧结（SPS）工艺制备了基体合金Ti750（新型耐高温钛合金）、以及利用SiCp,、SiCw、B4C和GPLs非原位增强制备5vol.%SiCp+1vol.%B4C+Ti750复合材料、5vol.%SiCp+5vol.%SiCw+Ti750复合材料、5vol.%SiCp+0.15vol.%GNPs+Ti750复合材料以及5vol.%SiCp+Ti750复合材料;通过SiCp与基体Ti750合金之间的原位反应SiC+Ti→TiC+Si生成TiC颗粒制备TiC颗粒原位增强钛基复合材料。研究了混合粉、增强体（原位、非原位）、固溶工艺、固溶时效工艺以及制备工艺对材料组织和性能的影响。结果如下:（1）添加增强体后,基体合金粉末会显著细化并包含针状和粒状颗粒。在五种粉末配方中,增强体为5vol.%SiCp显示出更好的细化效果,几乎没有团聚。（2）非原位制备的复合材料增强体主要为均匀分布在α-Ti基体中的SiC和B4C颗粒;而原位合成的复合材料其增强体主要包含TiC、SiC和Ti5Si3增强相。在所有材料中,TiC原位增强Ti750基复合材料具有最高的显微硬度值,其显微硬度高达1164.1 HV。（3）研究了固溶和固溶时效工艺对SPS法制备的复合材料组织和性能的影响。两种热处理的结果均表明,基体和复合材料的相组成没有变化,并且在非原位增强复合材料主要由α-Ti和SiC组成,而原位增强复合材料主要由α-Ti,TiC,SiC和Ti5Si3组成。固溶和时效过程不会改变复合材料的相组成,但会增加原位增强复合材料增强相。在1010℃/3h/AC（空冷）的固溶处理过程中,增强相含量最高,强化效果最好。TiC原位增强Ti750基体复合材料在1010℃/3h/AC固溶和1010℃/3h/AC+750℃/8h/AC固溶时效后的显微硬度分别为1277.1和1171.5 HV。（4）研究了固溶时效处理后复合材料的高温抗氧化性能。结果表明,在800℃氧化100h的复合材料的氧化产物相似,主要由TiO2,Al2O3和SiO2组成。复合材料的平均氧化速 率k+值小于1g·m-2·h-1,在抗氧化性水平之内。随着颗粒增强体的加入,抗氧化性得到了改善。TiC原位增强Ti750复合材料的氧化增重最小,为3.80 mg.cm-2。氧化膜是平坦且致密的。裂纹和孔隙与基体很好地结合在一起,这种材料的抗氧化性最佳。（5）研究了固溶时效处理后基体和复合材料的抗热腐蚀性能。结果表明,复合材料的耐热腐蚀性能高于基体合金,但随着增强体的增加,材料的耐蚀性降低。通过添加5vol.%SiCp制备的复合材料的腐蚀增益在复合材料中增重最小,为5.1 mg.cm-2,是基体合金的36.17%,表明添加的SiCp可以提高材料的抗热腐蚀性能。复合材料在相同温度下的腐蚀产物相似,主要由TiO2,Al2O3,SiO2,Na2TiO3和Al2TiO5组成。综上所述,本论文创造性地使用SPS工艺制备非原位增强Ti750（新型耐高温钛合金）复合材料和原位反应生成TiC颗粒增强钛基复合材料,为钛基复合材料的设计和制备提供参考。TiC原位增强Ti750具有最佳的性能,并且在1010℃/3h/AC+750℃/8h/AC的固溶时效处理可以显着提高这些性能。
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