论文部分内容阅读
Ni基材料具有优良热稳定性、较高的熔点（1455℃）,良好的导电导热及机械加工性能等优点;Ti3AlC2是一种三元层状碳化物陶瓷材料,兼具金属和陶瓷的优良性能,是一类非常理想的复合材料增强相。因此,综合两者优点展开Ti3AlC2增强Ni基复合材料的研究非常有意义。本文针对目前Ni基复合材料制备过程中界面结合弱、润湿性不好、增强颗粒尺寸大等较难制备的问题,采用机械合金化的方法使得Cu包覆Ti3AlC2从而提高润湿性,以Ti3AlC2作为先驱体通过A位解离分解出TiCx,深入探究Cu包覆Ti3AlC2及其增强Ni基复合材料的制备工艺。通过XRD、SEM、EDS等技术手段分析了复合材料的物相组成和微观组织结构随不同烧结制备工艺的变化关系,运用万能试验机测试了复合材料的力学性能,并初步分析了复合材料的反应机理以及微观组织结构对力学性能的影响规律。研究结果表明:（1）以Ti3AlC2粉、Ni粉,通过添加Cu高能球磨并采用后挤压烧结工艺可以制备出界面结合牢固、综合性能优异的超细晶Cu包覆Ti3AlC2增强Ni复合材料。（2）通过研究不同球磨参数（球磨时间、球磨转速、球料比、原料配比）对Cu包覆Ti3AlC2效果的影响,确定最佳球磨工艺为转速400rpm、球料比20:1、真空球磨时间10 h。按照此球磨工艺选取Ti3AlC2粉和Cu粉进行机械合金化包覆过程,从而得到晶粒更加细化的原料粉。（3）Cu包覆Ti3AlC2增强Ni复合材料的微观结构主要由基体、TiCx增强颗粒和少量缺陷构成。其中随着温度的提高,TiCx增强相逐渐长大,缺陷逐渐减少;而随着Ti3AlC2体积含量的增加,TiCx增强相分布更加弥散。Cu元素的布情况是均匀扩散于基体中,这是由于温度高于Cu的熔点时液相烧结流动性增加,Cu固溶到Ni基体中造成的。（4）复合材料体系的反应机理为Ti3AlC2在高温下通过A位解离生成非化学计量比的TiCx和Al、Ti,一方面Cu会固溶到Ni基体中形成Ni（Cu）固溶体,同时Al、Ti进一步与Ni反应生成Ni3（Al,Ti）相,无其他杂质相生成。（5）本文制备的材料整体相对密度都在96%以上。机械合金化具有细晶强化的作用,有利于提高材料的硬度和强度,其维氏硬度最高达到5.82 GPa,同时材料硬度值和标准差随压头载荷增加而呈现减小的趋势。（6）1250℃、体积比为40:20:40制备的Cu包覆Ti3AlC2增强Ni复合材料具有最优异的综合力学性能,这主要归功于该烧结条件下制备的复合材料具有最为优异的微观结构。（7）添加Cu高能球磨的突出作用是生成亚微米级的TiCx颗粒,从而提高润湿性使增强相与基体相界面结合牢固,根据细晶强化原理,具有更为优异的力学性能。烧结温度和体积分数相同时,通过对比实验发现,添加Cu高能球磨制备的复合材料压缩强度、弯曲强度和断裂韧性最高分别为为1519 MPa、957 MPa、28.13 MPa·m1/2,高于单纯滚筒球磨的 937.50 MPa、523.91 MPa、13.52 MPa.m1/2。