箔冶金法反应合成二元钛铝金属间化合物的研究【字数：11013】
摘 要本文计划以金属间化合物Al3Ti为基体，通过加入适量的Ti元素，将两者合成一种新型的层状复合材料，以提高原材料的韧性，满足在实际应用中对于这方面的要求。这种新型复合材料利用其特有的较小层间距和多界面效应，能够有效的减小材料对于裂纹的敏感性。在试验中，我们采用了几组不同的工艺参数，通过真空热压烧结工艺进行制备出了质量合格的样品。利用阿基米德排水法和维氏硬度仪对试样的密度和硬度进行测量；并用金相显微镜对制备得到的Ti-Al3Ti进行微观组织结构分析。结果表明这种新型的层状金属间化合物复合材料具有密度低、强度高、比模量大、韧性好等优异性能。能够在车辆、体育、航天航空和军事设备的生产制造等相关领域获得广泛的应用。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2 层状材料的现状和发展 1
1.3 金属间化合物 2
第二章 TiAl3Ti材料的制备和试验方法 3
2.1 TiAl3Ti层状复合材料的制备 3
2.1.1 准备材料： 3
2.1.2 操作方法 3
2.2 制备工序 3
2.2.1 实验仪器简介 3
2.2.2 操作流程： 4
2.3 复合材料的热处理 4
2.3.1实验目的及仪器简介 4
2.3.2具体操作方法如下： 5
2.4 加工工艺 5
2.5 TiAl3Ti层状复合材料金相显微样品的制备 6
2.5.1试样制备过程： 6
2.5.2 操作流程 6
2.6 TiAl3Ti层状复合材料试样金相显微观察 8
2.6.1 金相显微镜原理 8
2.6.2 金相显微镜的使用 9
2.7 阿基米德排水法测TiAl3Ti层状复合材料试样密度 10
2.7.1 实验原理 10
2.7.2 实验仪器及材料 10
2.7.3 实验操作过程 10
2.8 TiAl3Ti复合材料的硬度测试 11
2.8.1 实验原理： 11
2.8.2 实验操作流程 12
2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
9 TiAl3Ti复合材料的体积分数测试 13
本章小结 14
第三章 TiAl3Ti复合材料界面结构表征和力学性能 15
3.1 TiAl3Ti制备 15
3.1.1 低温反应中Al3Ti的形成原理 15
3.2 TiAl3Ti复合材料的制备工艺 15
3.3 X射线衍射分析 16
3.3.1 XRD操作步骤如下 16
3.3.2 衍射分析 16
3.4 TiAl3Ti复合材料的微观形貌分析 17
3.4.1微观形貌分析 17
3.4.2 TiAl3Ti腐蚀后的微观形貌 17
3.5 TiAl3Ti复合材料硬度测试分析 18
3.5.1 硬度数据分析 18
3.5.2腐蚀前硬度压痕分析 20
3.5.3 Al3Ti腐蚀后硬度压痕分析 20
本章小结 21
结论 22
参考文献 23
致 谢 25
第一章 绪论
1.1引言
TiAl3Ti是一种新型的层状复合材料[1]，它具备高模量、低密度、高强度、比模量大和韧性好等优异的特性。因此，在现阶段的材料领域的研究和开发工作中，受到了国内外科研人员的广泛关注和试验 [2]。然而，Al3Ti化合物，作为这种新型复合材料的合成物之一，在性能方面仍然存在许多问题，例如该化合物在低温下的塑韧性能较差[3]，另一方面，金属Ti却具有良好的韧性，通过反复试验，我们发现加入适量的Ti元素，可以有效地降低了该复合材料的在高温状态下的脆性，得到更好的力学性能和使用性能[3]。但是由于目前国内对这种材料的研究还相对较少，在短时间还没能彻底解决这些问题并作出重大的突破[4]，但是，这种材料所具备的较好的断裂韧性以及抗高温氧化性能使其一直备受青睐，我们相信TiAl3Ti这种新型的层状复合材料在未来一定会具有较大的研究前景和发展空间[5]。
近年来，基于Al3Ti合金自身所具备的一系列优异的性能，国内外许多科研人员都纷纷开始研发高强度钛合金材料[6]，其中就有TiAl3Ti层状复合材料。一开始的试验中，使用最多的制备方法是真空烧结法[7]，通过这种方法提炼合成这种新型复合材料。近年来，随着科学技术的不断发展以及相关研究经验的不断积累，已经实现了通过无真空烧结来制备合金的技术[8]，这使得TiAl3Ti合金材料制备和应用的成本大大降低，同时也拥有了更广阔的应用前景和更大的利用价值，为这种材料未来能够进军工业化和商业化奠定了基础[9]。
1.2 层状材料的现状和发展
近年来，我国的科学技术和研究水平也在飞速进步，和新材料相比，过去传统的单体材料由于自身的局限性和性能上的缺陷，达不到所需的使用要求[10]。与之相反的是，层状材料具有高模量、高强度、质量小等特点，即便是在较高温度下，依然能保持良好的性能而不会轻易地发生改变[11]。
层状材料凭借其自身结构上的优势，逐渐受到越来越多的研究人员的关注。特别是随着工业化生产的不断发展，在这飞速发展的过程中，与之相伴随的便是对材料的各种性能要求的不断提高。面对这种现象，许多科研工作人员计划通过调整特定合金的微观结构设计，合成制备满足特定要求的新型合金材料[12]，在尽量不破坏材料原来所具有的优异性能的前提下，通过改善材料的性能来满足人们所需的使用要求，针对性的来解决实际生活中遇到的困难[13]。来改善材料的塑性及韧性，同时又不损害材料原来的强度及其他优异性能。
目前，世界上主要存在和研发的层状复合材料有：传统的金属金属层状材料、金属陶瓷层状材料、金属金属间化合物层状材料以及新型的金属高分子层状材料和金属高分子层状材料、陶瓷陶瓷/高分子层状材料[14]。作为新型的层状复合材料，通过一定的技术流程合成的新合金，其性能和前景都要更加优越[15]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2 层状材料的现状和发展 1
1.3 金属间化合物 2
第二章 TiAl3Ti材料的制备和试验方法 3
2.1 TiAl3Ti层状复合材料的制备 3
2.1.1 准备材料： 3
2.1.2 操作方法 3
2.2 制备工序 3
2.2.1 实验仪器简介 3
2.2.2 操作流程： 4
2.3 复合材料的热处理 4
2.3.1实验目的及仪器简介 4
2.3.2具体操作方法如下： 5
2.4 加工工艺 5
2.5 TiAl3Ti层状复合材料金相显微样品的制备 6
2.5.1试样制备过程： 6
2.5.2 操作流程 6
2.6 TiAl3Ti层状复合材料试样金相显微观察 8
2.6.1 金相显微镜原理 8
2.6.2 金相显微镜的使用 9
2.7 阿基米德排水法测TiAl3Ti层状复合材料试样密度 10
2.7.1 实验原理 10
2.7.2 实验仪器及材料 10
2.7.3 实验操作过程 10
2.8 TiAl3Ti复合材料的硬度测试 11
2.8.1 实验原理： 11
2.8.2 实验操作流程 12
2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
9 TiAl3Ti复合材料的体积分数测试 13
本章小结 14
第三章 TiAl3Ti复合材料界面结构表征和力学性能 15
3.1 TiAl3Ti制备 15
3.1.1 低温反应中Al3Ti的形成原理 15
3.2 TiAl3Ti复合材料的制备工艺 15
3.3 X射线衍射分析 16
3.3.1 XRD操作步骤如下 16
3.3.2 衍射分析 16
3.4 TiAl3Ti复合材料的微观形貌分析 17
3.4.1微观形貌分析 17
3.4.2 TiAl3Ti腐蚀后的微观形貌 17
3.5 TiAl3Ti复合材料硬度测试分析 18
3.5.1 硬度数据分析 18
3.5.2腐蚀前硬度压痕分析 20
3.5.3 Al3Ti腐蚀后硬度压痕分析 20
本章小结 21
结论 22
参考文献 23
致 谢 25
第一章 绪论
1.1引言
TiAl3Ti是一种新型的层状复合材料[1]，它具备高模量、低密度、高强度、比模量大和韧性好等优异的特性。因此，在现阶段的材料领域的研究和开发工作中，受到了国内外科研人员的广泛关注和试验 [2]。然而，Al3Ti化合物，作为这种新型复合材料的合成物之一，在性能方面仍然存在许多问题，例如该化合物在低温下的塑韧性能较差[3]，另一方面，金属Ti却具有良好的韧性，通过反复试验，我们发现加入适量的Ti元素，可以有效地降低了该复合材料的在高温状态下的脆性，得到更好的力学性能和使用性能[3]。但是由于目前国内对这种材料的研究还相对较少，在短时间还没能彻底解决这些问题并作出重大的突破[4]，但是，这种材料所具备的较好的断裂韧性以及抗高温氧化性能使其一直备受青睐，我们相信TiAl3Ti这种新型的层状复合材料在未来一定会具有较大的研究前景和发展空间[5]。
近年来，基于Al3Ti合金自身所具备的一系列优异的性能，国内外许多科研人员都纷纷开始研发高强度钛合金材料[6]，其中就有TiAl3Ti层状复合材料。一开始的试验中，使用最多的制备方法是真空烧结法[7]，通过这种方法提炼合成这种新型复合材料。近年来，随着科学技术的不断发展以及相关研究经验的不断积累，已经实现了通过无真空烧结来制备合金的技术[8]，这使得TiAl3Ti合金材料制备和应用的成本大大降低，同时也拥有了更广阔的应用前景和更大的利用价值，为这种材料未来能够进军工业化和商业化奠定了基础[9]。
1.2 层状材料的现状和发展
近年来，我国的科学技术和研究水平也在飞速进步，和新材料相比，过去传统的单体材料由于自身的局限性和性能上的缺陷，达不到所需的使用要求[10]。与之相反的是，层状材料具有高模量、高强度、质量小等特点，即便是在较高温度下，依然能保持良好的性能而不会轻易地发生改变[11]。
层状材料凭借其自身结构上的优势，逐渐受到越来越多的研究人员的关注。特别是随着工业化生产的不断发展，在这飞速发展的过程中，与之相伴随的便是对材料的各种性能要求的不断提高。面对这种现象，许多科研工作人员计划通过调整特定合金的微观结构设计，合成制备满足特定要求的新型合金材料[12]，在尽量不破坏材料原来所具有的优异性能的前提下，通过改善材料的性能来满足人们所需的使用要求，针对性的来解决实际生活中遇到的困难[13]。来改善材料的塑性及韧性，同时又不损害材料原来的强度及其他优异性能。
目前，世界上主要存在和研发的层状复合材料有：传统的金属金属层状材料、金属陶瓷层状材料、金属金属间化合物层状材料以及新型的金属高分子层状材料和金属高分子层状材料、陶瓷陶瓷/高分子层状材料[14]。作为新型的层状复合材料，通过一定的技术流程合成的新合金，其性能和前景都要更加优越[15]。
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