b增强阻燃钛合金基复合材料的界面行为

第24卷第2期 材 料 热 处 理 学 报 v扎24 N0 2 2003年6月TRANSACnONSOFMATERIALSANDHEATTREATMENT J一 2003 SiC长纤维增强阻燃钛合金基复合 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的界面行为 赵永庆1， 周 廉1，AlainVassel2，曲恒磊1， 吴 欢 (1．西北有色金属研究院钛合金研究所，两安710016； 2．OfficeNationald’EtudesetdeResearchesAemspatiales(ONERA)，Chatinon ， 曾立英 巴黎，法国) 摘 要：研究rSiC／Ti40复合材料在不同热处理态下的界面行为。结果表明，SiC／Ti40复台材料相邻两 纤维lⅥ存在TiC析出物，在1000。C处理时，TiC析出物消失；SiC／Ti40复合材料界面反应厚度与处理时间 的平方根呈线性关系，温度超过800'C，界面厚度明显增加；SCS．6SiC／Ti40复合材料界面产物为盹si，。 关键词：复台材料；阻燃钛合金；界面；钛基复合材料 中图分类号：TGl462 文献标识码：A 文章编号：1009—6264(2003)02．0009—04 SiC长纤维增强钛基复合材料(SiC／Ti)因其优异 的性能及其良好的应用背景，引起全世界钛界的关 注。近几年取得很大进展，已制备出SiC／Ti的叶盘、 叶环等典型件”“J，有的已进行了成功试车。在制备 SiC／'11i的典型件、研究其力学性能同时，大家也十分 关注SiC／Ti的界面研究，因为界面结合强弱直接决定 了SiC／Ti的力学性能。SiC纤维与基体的界面是复合 材料中最难理解的部分。已有的研究表明，SCS．6SiC 纤维与”基体的界面反应产物主要是TiC、Ti，A1C和 Ti。si、”～，同时也有观察到Ti、SiC，、(Ti，Nb)、(Si，A1) 等反应产物“j。界面反应取决于加工工艺，反应产物 取决于基体成分。Ti40台金是一种全口型阻燃钛台 金。一”1，其名义成分为Ti．25V-15Cr-0．2Si，可用于 500℃以上高温。作者报导了SiC长纤维增强阻燃钛 合金的复合材料”】，但没有涉及界面，本文主要研究 SiC／Ti40复合材料在不同热处理状态下的界面行为。 1 实验方法 采用自制的Ti40阻燃钛合金0．2mm厚的箔材和 SCS6SiC纤维以及箔．纤维．箔法制备SiC体积分数 收稿日期：2002—10．23i修订日期：200，_D】．21 基金项目：陕阿省自然科学基金资助(2002E．17)；中法政府问台作 项目资助(PRAMX00—05) 作者简介：趔亦庆(1966一)，舅．博士．西北有色金属研究院教授， }要M事钍合叠和铝台金的研究与开发．获多项国家和部省级科技 进步犍，获发明专和J6项。发表学术论文170余篇，电话：02P 6231078，电子信箱：I坼@⋯nin⋯ 为35％的SiC／Ti40复合材料”7“⋯。SiC／Ti40试样在 真空中经1000。C不同时间及不同温度处理后观察微 观组织。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和 能谱 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 (EDX)观察分析其微观结构及界面。 2实验结果及分析 2．1相邻两纤维间的析出物 图l为SiC／Ti40复合材料经固化压实后形貌，可 以看出SiC纤维与Ti40基体间的结合很好，同时也注 意到Ti40的基体晶粒粗大，这并非复合工艺不合适， 而是Ti40为全0合金，原始晶粒较粗大的缘故““”1。 更为重要的是在两根SiC纤维之间的Ti40基体 上存在一些细小物质(如图1中箭头所示)，在更高倍 数下可观察出这些细小物质是在固化压实过程中的 析出物(图2)，这些析出物是棱角分明的长条形，析 出物与基体间有明显的分界线， 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 析出物完全不同 于基体。 图2中析出物的能谱分析表明，析出物明显大量 富积c和Ti两元素，其中Ti元素的质量分数为 80％，c为20％。C主要来源于SiC纤维表面的c涂 层。在压实过程中，C与Ti元素反应，形成析出物。 在其它的SiC长纤维增强基复合材料(如SiC／TC4、 SIC／IMl834、SiC／821S等)中两纤维间并不存在析出 物，为什么在SiC／Ti40复合材料中存在析出物?英国 伯明翰大学的IRC中心的YG．Li博士等人在研究 Ti一25V一15Cr．2AI阻燃钛台金时发现，当合金中C含量 超过0．1wt％时，台金中存在Ti：c析出物“⋯。由此可 推断，在SiC／Ti40复合材料固化压实过程中，SCS一6 万方数据 0 材料热处理学报 SiC纤维表面的c与基体的反应也必将形成Ti与c 的化合物TiC。 两纤维间的TiC析出物不仅在固化压实状态下 有+在温度低于1000％的处理状态下也同样存在(见 图5)，在1000。C下，TiC析出物消失。 2．2 SiClTi40的界面 2．21不同处理时间的界面 图3为SiC／Ti40复台材料1000“C不同时间处理 第24卷 的界面SEM形貌，原始态的界面形貌见图l。可以看 出，随时间延长，界面反应层厚度明显增加，尤其是时 间增加到80h之后(见表1)。， 表1中的反应层厚度x与时间￡呈抛物线关系， *=舡“2+b，式中k是反应常数。 图4为x与t“2的关系，基本r为一直线。表1 和图4均说明随处理时间加长，反应层厚度持续增 加，这符合一般规律。 图3 SiC／Ti40复合材料1000。C不同时间处理的界面SEM形貌 Fig,3SEMim39es。ftheinterfaceofSiC／Ti40㈣mpoit㈣afttreatment1000％atfordifferenttim⋯)43h，b)58h，c)80h，d)100h 万方数据 第2期 赵永庆等：SiC}乏纤维增强阻燃钛合金基复合材料的界面行为 表l SiC／Ti40复台材料1000℃不同时间处理的界面层厚度 Table1 ThicknessofinterfaciallayerofSiC／晡40composite aftertreatmentat1000℃fordifferenttimes 图4反应层厚度z与时问f”2的关系 Fig4 RelatioTlshipbetweeninteffacialthickneBs㈣dtimf“2 由图3也注意到，1000℃不同时间下，相邻两纤 维间均没有TiC析出物。 22．2不同温度下的界面形貌 图5为SiC／Ti40不同温度处理58h的界面SEM 形貌。可看出，随温度升高，界面反应层厚度增加，尤 其是在1000。C(见表2)。 图6为反应层厚度x与温度r的关系曲线，r升 高，x增大，这符台一般规律。 表2 SiC／Ti40复合材料不同温度处理时间 58h的界面层厚度 Table2 ThicknessofinterfaciallayerofSIC／Ti40composite aftertreatmentatdifferenttemperaturesfor58h TemperatureTfC 囝6反应层厚度与温度的关系曲线 Fig．6ReLationshipbetweeninterfacialthicknessandtemperature 图5 SiC／Ti40不同温度处理58h的界面SEM形貌 Fig5 SEMmla∞Bofthein!effaeeofSiC／Ti40compositeaftertreaunentatdifferenttemperatures for58h a)550℃．b)700℃，c)sso℃，d)1000℃ E善M|s∞u点岩毒暑岩芑Ⅱ苫_ E暑H∞∞}莒z=§o毋-掌ul 万方数据 12 材料热处理学报 00200300400500600700800900 Energy&eV 图7。fi40基体的EDX谱线 Fig．7EDXpatternofTi40alloy 2．3界面反应产物 由图3和图5可看出，在各种处理条件下，纤维 与基体的界面均有反应产物，以1000％／100h和 1000屯／80h状态下为明显，界面反应层中有明显的白 色颗粒产物。图7和图8分别为Ti40基体和图3中 界面白色颗粒的EDX谱线。与基体EDX谱线相比， 界面的EDX谱线中si含量明显升高，而合金元素v 和cr相差不大，也就是说白色颗粒是一种富Ti和Si 的产物，应为Ti。sil。 第24卷 ?。_ 。。9。⋯1Sile—rT。 F+}¨。．¨ 扭 |Ⅲ l ，I艉I}，：：}：2二■I¨ri。 000l 60240320400480560640720 Energy／keV 图8图3中界面白色颗粒的EDX谱线 Fig8 EDXpatternofwhiteparticlesintheinterfaceinFig3 3 结论 1)SiC／Ti40复合材料相邻两纤维间存在TiC析 出物，在1000℃处理时，TiC析出物消失； 2)SiC／Ti40复合材料界面反应厚度与处理时间 的平方根呈线性关系。温度超过800"C，界面反应厚 度明显增加； 3)SCS一6SiC／Ti40复合材料界面产物为Ti，si。。 参 考 文 献 l V蚰蛐lA，GuedouYc Aem·en西TIeapplications：pre咖t明dfotumlA]Procofdie9thWorldConferen鼬onTitanium[cJ Saint-Petersburg：Central ResearchlnsftutedStmeturalMaterlalslCRISM)，2000，1017—1028 2 V⋯lA C∞tinuotmfibre“nhcedfit∞iwandMumimum。0mposltes：acomparieon[A]PloeofXi’anInternatimmlTitaniumCoherencelc]BHjJng： lmemationalAcCedePa“shers．1999．74—9。 3 H00kerJA．DorrbartPJ Metalmtfixcompositesforaeroer驿nes[J]MaterSHTeehnol，2000，16：725—731 4 DudekHJ．BomthR．LeuehtR．Kays∞rWA．Tensilepropertiesofmo肿fd蛐眦tandmultifilamemcompositeswithdifferenttitaniummatriceslJJ ScrJpta Materialia．1996，34(10)：1575“1579 5 GuoSQ．Ka日删aY，SaltoH Mierostrueturalch—ctenz鲥onofinterf舵einSiCfibre-miofomedTi·15V一3Cr-3AI-3SnmtrixcompositelJJ MaterSclEng， 1998，A246：25—35 6 LiuYF．TanakaY，M啦udaC EMeetofimerfaHaldebondingandslidingDn脚trixcrackiHtiati帆duringi曲diermalfatigueofSCS。6／Ti、15-3cpmir∞ites 【JJ MetallTrans，2000，31A：2637—2645 7 HallIW．NiCY．ThermalstabilityofanSCS-6／Ti-22AI-23Nbeompoolte[J]MaterSciEng，1995，A192／A193：987—993 8 Y“gYQ，DudekHJInterfacestabilityinSCs_6SiC／superalpha2∞“po∞t∞[J]．SerlpuMal*rlaba，1997，37(4)：503—510 9赵永庆，周廉，邓炬Ti40台金的阻燃特征及阻燃机理分析[J]稀有金属材料与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 ，1999，28(2)：77—80． 10 ZhaoYO，ZhouL，DengJ Theroleofinterfaceinthebuntingoftitanium丑uoys[J]MaterSHEng，1999，A267：167—170 Il ZhaoYQ，ZhuKY．QuHL，WuH Mie聃tmctms缸Bburn瑚istanthi圳ystabilizedtitaniⅧHloy[J]．MateTSeiEng，2000，A282：153～157 12 zha0Y0，ZhuKY，QuHL．WuH．EffectsdalloyingelementOntheproI”rtiesandmie瑚tmcturesofahi#tystabilizedtitaniwHloy[J]Mater划 Teehn(，1，20《30，16(9)：1073—1075． 13赵永废，周廉，VasselAlainSiC长纤维增强阻燃钛基复合材料研究[J]金属学报，2002．38(增刊)：482—483 14 LiYG．BlenkimopP，LorettoMHEffect“carbon∞2pIecipitafion¨dtensilepropeni％ofpTIVCrAIalloys[c]Saint-Petenburg：CentralRe—h InstituteofStructuralMaterials(CRISM)．2∞0．141～148。 万方数据 SiC长纤维增强阻燃钛合金基复合材料的界面行为 作者： 赵永庆， 周廉， Alain Vassel， 曲恒磊， 吴欢， 曾立英 作者单位： 赵永庆,周廉,曲恒磊,吴欢,曾立英(西北有色金属研究院钛合金研究所,西安,710016)， Alain Vassel(Office National d'Etudes et de Researches Aerospatiales(ONERA),Chatillon,巴黎,法国) 刊名： 材料热处理学报 英文刊名： TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENTT 年，卷(期)： 2003，24(2) 引用次数： 0次 参考文献(14条) 1.Vassel A.Guedou Y G Aero-engine applications:present and future 2000 2.Vassel A Continuous fibre seinforced titanium and aluminium composites:a comparison 1999 3.Hooker J A.Dorrbart P J Metal matrix composites for aeroengines 2000 4.Dudek H J.Borath R.Leucht R.Kaysser W A Tensile properties of monofilament and multifilament composites with different titanium matrices 1996(10) 5.GuoSQ.Kagawa Y.Saito H Microstructural characterization of interface in SiC fibre-reinforced Ti- 15V-3Cr-3Al-3Sn matrix composite 1998 6.Liu Y F.Tanaka Y.Masuda C Effect of interfacial debonding and sliding on matrix crack initiation during isothermal fatigue of SCS-6/Ti-15-3 cpmposites 2000 7.Hall I W.Ni C Y Thermal stability of an SCS-6/Ti-22Al-23Nb composite 1995 8.Yang Y Q.Dudek H J Interface stability in SCS-6SiC/super alpha2 composites 1997(4) 9.赵永庆.周廉.邓炬 Ti40合金的阻燃性能及其阻燃机理分析[期刊论文]-稀有金属材料与工程 1999(2) 10.ZHAO Y Q.Zhou L.Deng J The role of interface in the burning of titanium alloys 1999 11.ZHAO Y Q.Zhu K Y.Qu H L.Wu H Microstructures of a burn resistant highly stabilized titanium alloy 2000 12.ZHAO Y Q.Zhu K Y.Qu H L.Wu H Effects of alloying element on the properties and microstructures of a highly stabilized titanium alloy 2000(9) 13.赵永庆.周廉.A.Vassel SiC长纤维增强阻燃钛合金基复合材料研究[期刊论文]-金属学报 2002(z1) 14.Li Y G.Blenkinsop P.LORETTO M H Effect of carbon on α precipitation and tensile properties of β TiVCrAl alloys 2000 相似文献(10条) 1.期刊论文 赵永庆.周廉.A.Vassel SiC长纤维增强阻燃钛合金基复合材料研究 -金属学报2002,38(z1) 研究了SiC增强Ti40阻燃钛合金基复合材料及两纤维间的析出物.结果表明,925℃固化压实SiC/Ti40复合材料的工艺是合适的;SiC/Ti40复合材料两纤 维间因SiC表面的C与基体Ti的反应生成TiC析出物. 2.会议论文 赵永庆.周廉.A.Vassel SiC长纤维增强阻燃钛合金基复合材料研究 2002 研究了SiC增强Ti40阻燃钛合金基复合材料及两纤维间的析出物.结果表明,925℃固化压实SiC/Ti40复合材料的工艺是合适的;SiC/Ti40复合材料两纤 维间因SiC表面的C与基体Ti的反应生成TiC析出物. 3.期刊论文 赵永庆.周廉.Alain Vassel.曾立英.曲恒磊.毛小南 SiC长纤维增强钛合金基复合材料的界面研究 -稀 有金属材料与工程2004,33(4) 研究了SiC/TC4和SiC/Ti40复合材料在不同热处理态下的界面行为.结果表明,SiC/Ti40复合材料相邻两纤维间存在TiC析出物,在1 000℃处理后 ,TiC析出物消失;2种复合材料界面反应厚度随处理温度升高和时间延长而增大;SCS-6 SiC/TC4和SiC/Ti40复合材料界面产物均为Ti5Si3. 4.期刊论文 赵永庆.周廉 钛合金基础性问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 研究 -金属学报2002,38(z1) 分析了国内近四年钛合金的基础性研究,诸如600℃高温钛合金的蠕变机理、高Nb-TiAl基合金的变形机制、颗粒增强钛基复合材料的复合机制及断裂 行为、阻燃钛合金的阻燃机理、氧化机理及变形过程的计算机模拟、SiC长纤维增强的TC4和Ti40基复合材料界面、非理想状态下近α-Ti合金的超塑性机 理、钛合金的近β锻造理论、α-Ti合金的低温变形机理及低温循环变形行为、透声钛合金的透声行为等,提出了钛合金的发展趋势. 5.会议论文 赵永庆.周廉 钛合金基础性问题研究 2002 分析了国内近四年钛合金的基础性研究,诸如600℃高温钛合金的蠕变机理、高Nb-TiAl基合金的变形机制、颗粒增强钛基复合材料的复合机制及断裂 行为、阻燃钛合金的阻燃机理、氧化机理及变形过程的计算机模拟、SiC长纤维增强的TC4和Ti40基复合材料界面、非理想状态下近α-Ti合金的超塑性机 理、钛合金的近β锻造理论、α-Ti合金的低温变形机理及低温循环变形行为、透声钛合金的透声行为等,提出了钛合金的发展趋势. 6.期刊论文 赵永庆.奚正平.曲恒磊 我国航空用钛合金材料研究现状 -航空材料学报2003,23(z1) 评述了我国航空用钛合金材料研制部门近几年研究现状,包括高温钛合金、钛基复合材料、强韧性钛合金、阻燃钛合金等,以及将来的发展趋势. 7.会议论文 赵永庆.奚正平.曲恒磊 我国航空用钛合金材料研究现状 2003 评述了我 航空用钛合金材料研制部门近几年研究现状,包括高温钛合金、钛基复合材料、强韧性钛合金、阻燃钛合金等,以及将来的发展趋势. 8.期刊论文 杨健 钛合金在飞机上的应用 -航空制造技术2006(11) 随着航空工业的发展和对综合性能优良材料的需求,高温钛合金、阻燃钛合金、TiAI金属间化合物以及高强、高韧、高损伤容限型钛合金及钛基复合 材料等将成为钛合金的主要发展方向 9.期刊论文 曹春晓 航空用钛合金的发展概况 -航空科学技术2005(4) 航空用钛合金近期工程化发展中呈现出一些技术创新的"亮点",其中工艺创新的亮点比万分创新的亮点更多一些.这些亮点包括阻燃钛合金、钛基复 合材料、纤维/钛层板、超塑性钛合金、特大整体结构件锻造工艺、金属型精铸工艺、大型整体结构件精铸工艺、激光成形工艺、摩擦焊工艺和β热处理 工艺等. 10.会议论文 黄旭.曹春晓 高温钛合金研究进展 2005 本文介绍了国内外高温钛合金研究进展，主要概述了我国600℃钛合金、Ti40阻燃钛合金、Ti3Al基合金金属间化合物、颗粒增强钛基复合材料的应 用背景、合金特点、性能水平和典型微观组织等，并提出了发展建议。 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jsrclxb200302003.aspx 下载时间：2010年2月7日