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      合成法制取鈦顆粒增強鈦基體工藝

      原位合成的增強體在基體上分布較為均勻細小,基體鈦合金的晶粒也較細小。增強體的形貌主要為等軸或近等軸狀TiC鈦合金粒子和短纖維狀TiB晶須。增強體與基體結合較好界面及鈦基體內有明顯的位錯環,基體鈦合金上有高密度的位錯存在,這有利于改善復合材料的性能。原位合成TiB和TiC增強體的加人,使該合金材料的力學性能有了明顯改善,但伸長率相對有所下降。原位生成的增強體與金屬基體界面結合良好,生產相的熱力學穩定性好,不存在增強體與金屬基體之間的潤濕和界面反應等問題,同時還避免增強顆粒的污染。這種制備方法就是原位合成法。

      另外工藝過程要求嚴格,較難掌握,增強相的成分和體積分數不易控制。主要方法有:

      (1)粉末冶金法。該法是最早開發用于制備金屬基顆粒復合材料的工藝,該工藝先將增強體和基體粉末混合均勻,經壓制、燒結及后續處理等工序制成產品。由于在低于鈦的熔點的溫度下進行燒結界面反應大大減弱,增強體粒度和體積比可以大范圍調整,增強體的選擇余地較大,燒結后可經過進一步擠、鍛或熱等靜壓處理提高致密化和復合材料性能。為了提高混合粉末的壓制性和燒結收縮率.提高燒結坯的致密性可以在合金中添加較多的液相燒結組元。常用的增強體有SiC、TiC、TiB、TiB2等。該方法制備的復合材料的室溫和高溫強度及硬度和耐磨性均有明顯提高。

      (2)凝固法。凝固技術制備顆粒增強鈦基復合材料工藝簡單,成本低廉容易制造復雜形狀零件。凝固技術在傳統鑄造過程中引入原位生長技術,采用材料內部生成增強粒子。取代傳統的外部加人增強粒子。這種在凝固過程中生成的顆粒與基體潤濕性好界面“清潔”。

      (3)放熱擴散(XD>法。它由MartinManietta公司發明,通常用于傳統熱加工工藝(如鑄造、鍛造、擠壓、軋制)的前期過程。它是將生成增強體的兩種粉末(如TiC中Ti和C)和基體粉末均勻混合.再加熱到高于基體熔點的高溫下處理,生成增強體的兩種粉末在高溫下發生反應,從而在基體熔體中形成細小彌散的增強體,然后再經鑄造、擠壓、熱軋等成形工藝制得產品。由于增強體也是原位合成的,基體與增強體的界面干凈、潤濕性好、結合牢固,增強體細小彌散,從而有助于提高復合材料的性能。

      (4)機械合金化。該法采用高能球磨技術制造特殊的混合粉末,經高能球磨后然后再經普通壓制和燒結等工藝制成產品?;旌戏勰┛梢约毣郊{米級粒度,其表面活性極大。由于增強體是在球磨過程中或在隨后的燒結工序中原位合成的,故它與基體的界面結合強度顯著增高。該工藝可明顯改善復合效果,并具有增強體分布均勻鈦棒,增強體體積分數范圍較大制品質量較好等優點,缺點是設備昂貴、效率低,在制備過程中易帶人雜質。

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