高溫結(jié)構(gòu)材料Al₃Ti的制備工藝及力學(xué)性能研究

【摘? 要】Ti和Al由于各自的優(yōu)勢，都是目前比較重要的航空航天材料，而兩者之間的結(jié)合產(chǎn)物Al3Ti更是受到了眾多國內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注，作為比較有前景的結(jié)構(gòu)材料，Al3Ti在材料科學(xué)世界中占有很重要的位置。在現(xiàn)有比較成熟的金屬間化合物中，Ti-Al系金屬間化合物是目前世界研究工作者的研究重點(diǎn)，是世界公為的具有廣闊應(yīng)用前景的高溫結(jié)構(gòu)材料。其中Al3Ti金屬間化合物憑借其高熔點(diǎn)、高彈性模量、低密度（3.3g/cm3）、高熔點(diǎn)（1412℃）以及優(yōu)良的抗氧化性能，成為目前各國開發(fā)高溫結(jié)構(gòu)材料的首選。

【關(guān)鍵詞】高溫結(jié)構(gòu)材料;Al3Ti;制備工藝;力學(xué)性能研究

Al3Ti為一種良好的高溫結(jié)構(gòu)材料，物制備方法一般采用高溫（一般在1200℃以上，甚至高于1600℃）熔煉法，該方法所需設(shè)備昂貴，能耗大。本次研究思路是采用低溫（600～700℃）元素粉末冶金法制備金Al3Ti，以便降低生產(chǎn)成本。在制備過程中探索研究合理的工藝從而得到性能優(yōu)良的金屬間化合物Al3Ti，對在制備及性能測試過程中存在的問題進(jìn)行分析，并找出解決的辦法。

利用VASP軟件采用第一性原理對工藝的本性進(jìn)行模擬分析，在最終確定總體制備工藝后，對產(chǎn)品進(jìn)行加工制造。燒結(jié)工藝如下表1所示：

對L-S和S-S反應(yīng)后的生成物分別進(jìn)行EDS掃描分析發(fā)現(xiàn)，Al-Ti的原子比將近為3：1，可以確定反應(yīng)生成物為Al3Ti，所制備的Al3Ti的體積分?jǐn)?shù)為93%，因此，通過固液反應(yīng)加上固固反應(yīng)制備比較純的Al3Ti是可行的。如下圖1所示：

Al3Ti是一種能耐高溫的金屬間結(jié)構(gòu)化合物，它是Al-Ti系列金屬間化合物中比較有應(yīng)用前景的一種耐高溫結(jié)構(gòu)材料，在一定的高溫下，它能在金屬材料表面性形成一種比較致密的Al2O3保護(hù)膜，使材料的能在高溫下具有很強(qiáng)的耐氧化性，本文采用粉末冶金方法制備成功的Al3Ti結(jié)構(gòu)材料具有很高的耐氧化性能，在850℃的高溫下，隨著時(shí)間的延長，形成的Al2O3會逐漸的覆蓋在整個(gè)金屬試樣的表面，防止材料進(jìn)一步氧化，材料吸收氧的速度逐漸達(dá)到飽和，因此，對材料的氧化動力學(xué)的測定具有很重要的實(shí)際意義。Al3Ti在850℃抗氧化性能測試數(shù)據(jù)，溫度和抗氧化關(guān)系如表2所示：

燒結(jié)后的力學(xué)性能為：HRC大于45，抗壓強(qiáng)度大于250MPa，抗拉和抗彎強(qiáng)度為100MPa左右。

在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)行推廣，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，能夠制成成品，大大提高利潤，年利潤提高5%以上，具備良好的經(jīng)濟(jì)效益，并占領(lǐng)一定市場份額，同時(shí)，可以加快解決國民生產(chǎn)和國防領(lǐng)域等方面對于高溫結(jié)構(gòu)材料重量輕、強(qiáng)度高、塑性好等方面的迫切需求。

基金項(xiàng)目：本課題來自于浙江省教育廳2019年度高校訪問工程師 “校企合作項(xiàng)目”-FG2019145-高溫結(jié)構(gòu)材料Al3Ti 的制備工藝及力學(xué)性能研究。

作者簡介：高希瑞（1986-），男，漢族，浙江紹興人，西安交通大學(xué)碩士，講師，研究方向?yàn)槠囯娮印?/p>

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