【摘 要】
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随着航空航天领域的发展,钛合金轻质高强应用越来越广泛,但其强度与钢铁材料相比较低限制了其进一步的推广。与依靠合金元素强化机制不同,比强度高、耐高温的钛基复合材料（TMC）是进一步提升其强度的重要研究方向。作为一种二维材料,石墨烯纳米片（GNPs）具有优异的性能和高比表面积,是TMC理想的增强相之一。然而,GNPs的分散、界面反应和TMC的热变形是GNPs增强钛基复合材料制备的瓶颈。针对上述问题,本
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随着航空航天领域的发展,钛合金轻质高强应用越来越广泛,但其强度与钢铁材料相比较低限制了其进一步的推广。与依靠合金元素强化机制不同,比强度高、耐高温的钛基复合材料（TMC）是进一步提升其强度的重要研究方向。作为一种二维材料,石墨烯纳米片（GNPs）具有优异的性能和高比表面积,是TMC理想的增强相之一。然而,GNPs的分散、界面反应和TMC的热变形是GNPs增强钛基复合材料制备的瓶颈。针对上述问题,本研究采用不同的混粉方法获得了三种具有不同GNPs缺陷密度和不同GNPs分散效果的复合粉体,并通过预烧结-包套挤压得到了相应的GNPs/TC4复合棒料。通过对复合材料界面和基体的相关表征发现,复合材料的界面结构随着GNPs缺陷密度的增加而被增强。随着石墨烯分散效果的提高,促进了基体的再结晶成核过程。经过热挤压得到的复合材料分别具有1322 MPa的抗拉和8.7%的延伸率以及1400 MPa的抗拉强度和4.5%的延伸率,相较于基体TC4挤压棒材性能（1074 MPa,16.9%）,抗拉强度分别提高23%和30%对所得复合棒材进行固溶-时效热处理,以混粉方式和固溶温度为主要变量。研究表明,随固溶温度的升高,基体中α+β相含量增加并出现再结晶定向生长现象,同时复合材料的界面反应程度增加。通过调整混粉方法,可显著影响复合材料的界面反应程度,同时对基体微观结构的影响较弱。通过优化界面结构和基体的微观结构,提升复合材料性能,压缩屈服强度达到1512 MPa,相较于纯TC4（1008 MPa）提升约50%。结合复合材料的挤压和热处理过程中的实验结果,发现GNPs的存在会阻碍复合材料基体的再结晶过程,使得晶粒尺寸少量提高。同时,GNPs可以在β→α’过程中诱导马氏体相变的变体选择。对比复合材料和纯TC4棒材的组织性能,发现基体的双相组织和较高的界面强度使得热处理后的复合材料在高温下仍可保持良好的力学性能,而热处理前的复合材料的高温性能的提升则不明显。当使用温度大于550℃时,TC4的高温力学性能会明显下降。而热处理后的复合材料在600℃和700℃的高温抗拉强度分别达到460 MPa和214 MPa。相较于纯TC4分别提升46%和100%,相较于热处理前的复合材料分别提升约31%和81%
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