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Ti2AlC/TiAl复合材料密度低,比强度、比刚度高,且在高温下保持较高的强度和刚度,是很有前景的高温结构材料。室温塑性差的问题已通过添加合金元素(Nb,B)和显微组织调控等手段基本得到改善,但是抗高温氧化性能的不足,使其可应用温度受到限制,并严重影响其力学性能,因此通过改善Ti2AlC/TiAl复合材料的高温抗氧化性能可更大限度地发挥其性能优势,本文通过真空热压烧结技术制备了Ti2AlC/TiAl复合材料,对其进行了热处理,对Ti2AlC/TiAl复合材料的抗氧化性能进行了实验研究,观察其微观组织。
用氧化增重法研究了Ti2AlC/TiAl复合材料的高温抗氧化性能,利用XRD、SEM、EPMA等分析手段研究了氧化试样的表面和横截面。
对Ti2AlC/TiAl(Nb,B)复合材料热处理前后氧化层的显微组织进行了对比,发现Ti2AlC/TiAl(Nb,B)复合材料热处理后,氧化层的显微组织较细小致密,氧化层较薄,形成的氧化层是TiO2和Al2O3混合氧化层,没有形成单一的Al2O3氧化层。可见热处理对Ti2AlC/TiAl(Nb,B)复合材料抗氧化性能有所提高;但是并不改变氧化层的形成产物。Ti2AlC/TiAl(Nb,B)复合材料热处理后氧化性能的提高,主要是因为热处理后晶粒尺寸变小,易通过蠕变释放氧化膜中的应力,从而改善氧化膜的粘附性和晶界扩散发生选择性氧化,形成保护性良好的氧化膜,提高了复合材料的抗氧化性。
对Ti2AlC/TiAl(Nb,B)和Ti2AlC/TiAl(Nb,Si)经900℃氧化60h后的氧化层进行了对比,发现Ti2AlC/TiAl(Nb,B)的氧化层为60μm~70μm,Ti2AlC/TiAl(Nb,Si)氧化层厚度仅为20μm~30μm,Ti2AlC/TiAl(Nb,Si)复合材料的氧化层中没有Si的氧化物生成,说明Si确实以间隙离子的形式存在于复合材料中,氧化层更为致密,形成的氧化层是TiO2和Al2O3混合氧化层。Si对抗氧化性能的贡献可归结于Si与Ti有很好的亲和力,可以有效地降低Ti离子的活度,阻碍Ti离子的向外扩散,相对提高了Al原子的活度。Si使Ti2AlC/TiAl(Nb,Si)复合材料氧化增重速率常数Kp减小,所以氧化层变薄,高温抗氧化性能提高。