碳纳米管增强钛铝基复合材料的组织与性能

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1、Vol.26No.3安徽工业大学学报第26卷第3期July2009J.ofAnhuiUniversityofTechnology2009年7月文章编号：1671-7872（2009）03-0243-02碳纳米管增强钛铝基复合材料的组织与性能郭文生，袁晓敏，陈燕（安徽工业大学材料科学与工程学院，安徽马鞍山243002）摘要：采用激光熔铸技术制备碳纳米管增强钛铝合金复合材料，对铸块的组织、结构及断口形貌进行分析。结果表明：铸块的基体主相为TiAl，Ti3Al合金，碳纳米管细化了基体组织晶粒，适量的碳纳米管提高了材料的硬度和韧性，w(CNTs

2、)=1.5%时，复合材料显微硬度（738HV）与相同条件下基体合金硬度（647HV）相比提高了14%，材料断口为韧性断裂。关键词：钛铝合金；碳纳米管；复合材料；激光熔铸中图分类号：TB331文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1671-7872.2009.03.011MicrostructureandPropertiesofCarbonNanotubesReinforcedTiAlAlloysCompositeGUOWen-sheng,YUANXiao-min,CHENYan（SchoolofMaterialsScien

3、ceandEngineering,AnhuiUniversityofTechnology,Ma'anshan243002,China）Abstract：PreparedCNTsreinforcedTiAlalloycompositebylasercasting.Thesamplewascharacterizedbyscanningelectronmicroscope(SEM)andX-raydiffraction(XRD).TheresultsshowedthatthemainphaseoftheingotisTiAlandTi3Ala

4、lloy.AspotofCNTsremainedonthefracturesurfaceindicateditisductilefracture.Besides,themicrohardnesswasimprovedremarkablyincomparisontoTiAlmatrix.Expecially,themicrohardnesswasincreasedto738HVfrom647HVofTiAlmatrixwhenw(CNTs)is1.5%.Keywords：TiAlalloy；carbonnanotubes；composit

5、es；lasercasting[1]碳纳米管（CNTs）具有强度高、弹性模量大、高温时稳定、密度小等特点,被认为是理想的纳米晶须增强[2]增韧材料及纤维类强化相的终极形式。目前，人们在聚合物、金属和陶瓷等碳纳米管增强复合材料方面做过很多尝试，并取得了一些进展。[3]TiAl合金密度低、耐热性好，具有高的比强度、比刚度等优点，但其室温脆性以及中高温强度不足，严重[4]地阻碍了TiAl基合金的应用。利用激光快速熔凝的特点，激光熔铸Ti，Al,铝硅粉及碳纳米管混合粉，制备以力学性能优异的TiAl合金为基的碳纳米管增强复合材料。1试验材料与方法

6、1.1试验材料纯度为99%-75μm的Ti粉；纯度为99%-100μm的Al粉；北京科学研究院生产的100μm铝硅粉（Si质量分数为11.4%，文中百分数未标注的均为质量分数）；中国科学院成都有机化学有限公司生产的多壁碳纳米管，碳纳米管规格参数为：管径30~50nm，管长~50μm，纯度95%，灰份1.5%，视比容8.3mL/g，比表面2积>60m/g，电导率>102S/m。1.2试验方法将Ti，Al及铝硅粉中的Si按原子比为51.5:48:0.5混合得到Ti-48Al-0.5Si混合粉末，将多壁CNTs提纯除去其中的无定形碳，采用超声

7、波分散，分散液为丙酮，分散时间为30min。CNTs经分散后与Ti-48Al-0.5Si粉末混合。将混合粉末在星形球磨机中球磨16h，球磨在氩气气氛中进行。图1为1.5%CNTs的复合粉末经收稿日期：2008-02-18作者简介:郭文生（1979-），男，陕西商洛人，硕士生。244安徽工业大学学报2009年球磨16h后的形貌。由图1可以看出：CNTs在球磨过程中团聚倾向减小。在40MPa压力下将球磨后的混合粉末压成直径为13mm的型坯，先采用真空烧结炉对试样在550℃下烧结5h，烧结后复合材料铸块形貌如图2。由图2可以看到，CNTs与基

8、体紧密结合，并均匀分散在基体中，未发生团聚（CNTs如图2中的a处）。采用CO2激光器对烧结后的型坯进行激光熔铸试验，熔铸参数：功率为800W，扫描速率24mm/min，熔铸试验在氩气保护下进行。将得到的试