分级球磨和真空热压烧结制备高铌TiAl合金的研究

论文摘要

TiAl基合金由于其高比强度、高比刚度和优异的高温性能而成为一类非常有潜力的高温结构材料。目前,TiAl基合金仍然存在室温可加工性能差、高温抗氧化能力不足的缺点,高铌TiAl基合金在改善合金的综合性能方面有着很大的优势从而成为人们研究的热点。本文通过分级机械球磨+真空热压烧结工艺制备高铌TiAl基合金。为了提高合金的高温性能和改善合金的室温脆性,本文加入高含量的Nb元素（20at.%）。首先对元素粉末进行分级球磨（TiAl高能球磨+Nb-TiAl低能球磨）,然后对球磨粉末进行真空热压烧结（低温反应烧结+高温烧结）,最终制备出存在Nb延性相的高铌TiAl基合金。本文的主要研究内容如下:分级球磨工艺的研究。根据机械球磨条件对粉末的影响规律,利用一级高能球磨制备TiAl复合粉末,二级低能球磨制备Nb-TiAl复合粉末,研究了球磨过程中粉末的颗粒形貌尺寸、晶粒大小、成分、热稳定性等参数的变化行为。通过观察粉末的形貌照片和分析粉末成分变化,明确了球磨过程中粉末颗粒形貌的变化机制;通过TEM观察,验证了粉末的微观变化机理;通过XRD和DTA分析,对球磨粉末的热稳定性进行了分析,为后续烧结工艺提供参考。通过分级球磨工艺,最终制备出TiAl复合粉末颗粒细小均匀,Nb单质颗粒均匀分布且形貌只发生细微变化的Nb-TiAl复合粉末。真空热压烧结工艺的研究。根据TiAl金属间化合物的反应特点,采用真空热压烧结工艺（620℃低温反应烧结+1200℃高温烧结）成功制备出高致密度的高铌TiAl基合金块体。通过XRD分析确定合金的物相组成;通过金相和扫描观察分析合金的显微组织;通过室温压缩试验来测试合金的室温变形性能。为了与真空热压烧结工艺对比,本文还尝试了空气气氛下无压烧结,分析了其相应性能,发现空气中无压烧结的块体氧化严重,无法获得致密块体,导致性能很差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 TiAl 基合金研究背景概述
• 1.2.1 TiAl 金属间化合物的相结构研究
• 1.2.2 TiAl 合金化元素的研究
• 1.2.3 显微组织对TiAl 基合金性能的影响
• 1.2.4 TiAl 基合金塑性研究
• 1.2.5 高铌TiAl 合金的研究
• 1.3 粉末冶金法制备TiAl/TiAlNb 合金
• 1.3.1 球磨工艺制备Ti-Al 基复合粉末的研究
• 1.3.2 TiAl 基合金的烧结工艺研究
• 1.3.3 粉末冶金制备TiAlNb 合金的特点
• 1.4 本论文研究的意义和内容
• 1.4.1 课题研究意义
• 1.4.2 课题主要研究内容
• 第2章 实验原理及研究方法
• 2.1 引言
• 2.2 分级球磨工艺制备Nb-TiAl 复合粉末原理和实验方案
• 2.2.1 分级球磨制备Nb-TiAl 基合金的原理
• 2.2.2 实验方案
• 2.3 实验材料和粉末制备工艺设备
• 2.3.1 原材料参数
• 2.3.2 球磨工艺设备
• 2.4 合金性能测试方法
• 第3章 分级球磨制备Nb-TiAl 复合粉末
• 3.1 引言
• 3.2 实验参数
• 3.2.1 一级高能球磨实验参数
• 3.2.2 二级低能球磨实验参数
• 3.3 一级高能球磨实验结果及分析
• 3.3.1 一级高能球磨粉末颗粒尺寸及形貌分析
• 3.3.2 一级高能球磨粉末XRD 分析结果
• 3.3.3 一级高能球磨粉末热稳定性分析
• 3.4 二级低能球磨实验结果及分析
• 3.4.1 粉末颗粒形貌和尺寸观察结果
• 3.4.2 二级低能球磨粉末热稳定性分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 真空热压烧结制备高铌TiAl 合金
• 4.1 引言
• 4.2 真空热压烧结工艺
• 4.2.1 TiAl 反应烧结机理
• 4.2.2 TiAl 高温烧结机理
• 4.3 实验材料及方法
• 4.4 烧结试样的组织和性能分析
• 4.4.1 致密度分析
• 4.4.2 烧结产物组织分析
• 4.4.3 真空热压烧结试样室温压缩性能分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢