高溫結構材料Al₃Ti的制備工藝及力學性能研究

【摘? 要】Ti和Al由于各自的優勢，都是目前比較重要的航空航天材料，而兩者之間的結合產物Al3Ti更是受到了眾多國內外研究學者的廣泛關注，作為比較有前景的結構材料，Al3Ti在材料科學世界中占有很重要的位置。在現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，是世界公為的具有廣闊應用前景的高溫結構材料。其中Al3Ti金屬間化合物憑借其高熔點、高彈性模量、低密度（3.3g/cm3）、高熔點（1412℃）以及優良的抗氧化性能，成為目前各國開發高溫結構材料的首選。

【關鍵詞】高溫結構材料;Al3Ti;制備工藝;力學性能研究

Al3Ti為一種良好的高溫結構材料，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，以便降低生產成本。在制備過程中探索研究合理的工藝從而得到性能優良的金屬間化合物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行模擬分析，在最終確定總體制備工藝后，對產品進行加工制造。燒結工藝如下表1所示：

對L-S和S-S反應后的生成物分別進行EDS掃描分析發現，Al-Ti的原子比將近為3：1，可以確定反應生成物為Al3Ti，所制備的Al3Ti的體積分數為93%，因此，通過固液反應加上固固反應制備比較純的Al3Ti是可行的。如下圖1所示：

Al3Ti是一種能耐高溫的金屬間結構化合物，它是Al-Ti系列金屬間化合物中比較有應用前景的一種耐高溫結構材料，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保護膜，使材料的能在高溫下具有很強的耐氧化性，本文采用粉末冶金方法制備成功的Al3Ti結構材料具有很高的耐氧化性能，在850℃的高溫下，隨著時間的延長，形成的Al2O3會逐漸的覆蓋在整個金屬試樣的表面，防止材料進一步氧化，材料吸收氧的速度逐漸達到飽和，因此，對材料的氧化動力學的測定具有很重要的實際意義。Al3Ti在850℃抗氧化性能測試數據，溫度和抗氧化關系如表2所示：

燒結后的力學性能為：HRC大于45，抗壓強度大于250MPa，抗拉和抗彎強度為100MPa左右。

在生產實踐中進行推廣，降低企業的生產成本，能夠制成成品，大大提高利潤，年利潤提高5%以上，具備良好的經濟效益，并占領一定市場份額，同時，可以加快解決國民生產和國防領域等方面對于高溫結構材料重量輕、強度高、塑性好等方面的迫切需求。

基金項目：本課題來自于浙江省教育廳2019年度高校訪問工程師 “校企合作項目”-FG2019145-高溫結構材料Al3Ti 的制備工藝及力學性能研究。

作者簡介：高希瑞（1986-），男，漢族，浙江紹興人，西安交通大學碩士，講師，研究方向為汽車電子。

浙江工業職業技術學院? ? 浙江紹興? ? 312000