航空用原位颗粒增强铝基复合材料研制与发展

与外加颗粒法相比,原位自生法制备的颗粒尺寸小、表面干净且与基体界面结合强度高,使得铝基复合材料具有高比强度、高比模量以及良好的强塑性匹配等优势。因此,原位自生铝基复合材料是航空航天结构件轻量化设计的理想材料之一。从原位自生TiB₂颗粒增强铝基复合材料制备、组元配比优化设计、性能与强韧化机制等三个方面总结其研究现状,同时梳理了原位自生TiB₂颗粒增强铝基复合材料存在问题与未来发展方向,以期望促进原位自生铝基复合材料在民航客机等航空高端领域快速发展。     

原位自生MAX 相增强TiAl 基复合材料

叙述了近年来国内外原位自生MAX相增强TiAl基复合材料的研究进展。叙述了MAX相结构和性能,MAX相增强TiAl基复合材料的原位合成工艺的研究进展及原位合成机理,并对复合材料的微观组织、界面结构以及力学性能进行了综述,最后对其应用进行展望。     

原位自生TiB2/Al基复合材料的制备及性能

在合金的基础上进一步引入纳米陶瓷颗粒,从而制备出颗粒增强金属基复合材料,是提高金属材料综合性能的重要手段。本文从原位自生TiB_2/Al基复合材料的制备方法、不同加工工艺下复合材料的微观组织、复合材料的力学性能三个方面总结了其研究现状,同时展望了原位自生TiB_2/Al基复合材料的发展方向。通过原位自生方法制备出的TiB_2颗粒增强铝基复合材料具有颗粒尺寸小、与基体界面结合良好等优点。通过合金化设计、热加工塑性变形、快速凝固工艺可进一步改善纳米陶瓷颗粒的分散性。相对于外加法制备的金属基复合材料,原位自生TiB_2/Al基复合材料具有更加优异的力学性能,如弹性模量、强度、抗疲劳性能、抗蠕变性能等。     

不连续增强钛基复合材料的原位制备技术研究

分析了不连续增强钛基复合材料的原位制备原理,在不改变设备的情况下通过加入碳化硼和石墨等反应剂在钛基体中生成了ＴｉＢ和ＴｉＣ等增强体,它们在钛基体上分布均匀,使得钛基复合材料的室温和高温力学性能都有较大的提高。     

非连续颗粒增强钛基复合材料制备技术与研究进展

颗粒增强钛基复合材料是一种重要的轻量化结构-功能一体化材料.在航空航天、空间技术、武器装备、能源和环境形势日益严峻的今天,这种轻质、高强、耐热颗粒增强钛基复合材料是航空航天技术、能源发展与交通运输等若干关键领域中不可替代的共性关键材料.从复合材料制备技术、基体和增强体选择,增强体分布设计,构型设计,热变形加工、超塑性加工、热处理、微观组织、力学性能以及工程应用方面综述了颗粒增强钛基复合材料的发展现状,提出了研究中存在的问题以及今后潜在的研究方向,为进一步推动和解决重大工程用复合材料大构件加工、精密成形制造的关键技术和装备提供指导,进而推动非连续颗粒增强钛基复合材料的深入发展.     

Ti-6Al-4V合金表面激光制备高温耐蚀涂层的研究

以在Ti-6Al-4V合金表面激光制备高温耐蚀涂层为目标,研究了以激光熔覆的方法在Ti-6Al-4V合金基体上合成制备钛铝化物基原位自生TiC颗粒增强的复合材料涂层以及钛-钼系耐蚀钛合金涂层,采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计等分析了两种涂层的形貌、显微组织、相组成、显微硬度分布等特征.     

连续SiC纤维增强钛基复合材料研制

钛基复合材料由于在中高温环境下具有很高的比强度、比模量以及良好的抗疲劳和抗蠕变特性,受到研究者的广泛关注。回顾了国内外该材料的发展历程,详细介绍了连续SiC纤维增强钛基复合材料的研制过程,包括SiC纤维制备、涂层制备、复合材料成型及构件制备等工艺过程。概述了研究团队近年来在连续SiC纤维增强钛基复合材料研究领域开展的工作及取得的进展,包括成功研制了高性能连续SiC纤维并实现小批量试制,设计了适用于不同增强基体合金的界面涂层,研究表明研制的C涂层可使复合材料经1100℃处理后界面涂层保存较好;实现了20~50μm性能优异的钛合金、铝合金、高温镍合金先驱丝的沉积;完成了Ф600mm×160mm尺寸的复合材料环形件及Ф50mm×300mm转动轴部件的试制。最后对该材料未来的发展趋势进行了展望。     

连续纤维增强钛基复合材料整体叶环设计与分析

为适应未来高推重比航空发动机研制的需要,研究了国内外连续纤维增强钛基复合材料及其结构件的制备工艺特点,以及压气机连续纤维增强钛基复合材料整体叶环的设计和试验情况。以某压气机转子级为对象,开展了整体叶环设计和分析研究,提出了不同结构形式整体叶环设计方案,并从应力、重量、制造可行性和经济性等方面对不同结构设计方案进行了对比分析,结果表明:装配结构复合材料整体叶环应力水平低,制造可行性好,经济性好,并在一定程度上避免了径向载荷作用下的界面失效问题,值得深入研究。     

颗粒增强钛基复合材料的制备与性能

综述了颗粒增强钛基复合材料的制备方法,比较了它们与钛合金的机械性能,说明了研究颗粒增强钛基复合材料的重要价值。     

SiC纤维增强钛基复合材料研究现状与展望

连续Si C纤维增强钛基复合材料(Si Cf/Ti)是一种重要的高推重比发动机(推重比12)用结构材料,它的应用为发动机设计和制造带来了革命性的变革。Si Cf/Ti复合材料代表了高推重比发动机用结构材料的发展方向,欧美国家设立了多项研究计划来发展Si Cf/Ti复合材料,技术水平已经达到或接近于实用状态。介绍了国内外对连续纤维增强钛基复合材料的研究现状及国内研究存在的一些问题,并对国内Si Cf/Ti复合材料的未来发展提出了一些建议。     

原位合成TiC/Ti基复合材料氧化行为

研究了TiC/Ti基复合材料在550℃,600℃和650℃空气中恒温氧化行为.分析了增强体TiC对钛基复合材料氧化动力学行为的影响,并用X射线衍射仪(XRD)和配有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)对氧化层表面的相组成、形貌以及氧化层剖面的显微结构进行了分析.结果表明:TiC/Ti基复合材料的氧化层由金红石型的氧化物TiO2组成;增强体TiC能够提高钛基复合材料的抗氧化性,而且随着TiC增强体含量的增加,钛基复合材料的抗氧化性增加;这主要是因为TiC增强体能够促进致密氧化膜的生成.氧化动力学曲线为抛物线类型.     

原位自生TiB_2/Al复合材料磨削表面质量研究

原位自生TiB_2/Al复合材料具有密度小,比强度高,比模量大等特点,在航空航天领域具有广泛的应用前景。为探索原位自生TiB_2/Al复合材料的磨削加工性能,选用单晶刚玉SA砂轮、白刚玉WA砂轮和CBN砂轮在不同磨削参数下对TiB_2/Al复合材料进行磨削试验。首先研究了砂轮材质、转速、工件速度、磨削深度对工件表面粗糙度的影响规律;其次通过对工件表面形貌、磨屑形态、砂轮磨损的观测分析,探索了原位自生TiB_2/Al复合材料磨削表面成形机制;最后基于试验数据,给出了TiB_2/Al复合材料磨削工艺参数优选域。本研究可为颗粒增强金属基复合材料磨削加工提供基础理论支撑。     

PAXD法制备TiB/TiAl基复合材料及其力学性能研究

利用Al-Ti-B体系的放热反应,通过压力辅助放热弥散法(PAXD),原位合成了TiB/TiAl基复合材料.借助XRD,SEM分析了TiB/TiAl复合材料微观组织及并测试了其力学性能,探讨了TiB增强增韧TiAl金属间化合物的机制.研究结果表明:其增强相为TiB,基体相为TiAl和Ti3Al.TiB增强体主要以颗粒状、板状及细棒状均匀分布在基体中,其尺寸范围为亚微米级.复合材料的弯曲强度及断裂韧度较二元的TiAl金属间化合物有很大的提高.原位合成TiB/TiAl复合材料主要强化机制有:弥散强化、热膨胀合理失配强化机制、晶须(晶棒)强化.     

连续纤维增韧陶瓷基复合材料的发展及在航空发动机上的应用

介绍了连续纤维增韧陶瓷基复合材料的结构组成以及陶瓷基体材料、增强体纤维、界面层的发展情况,概述了连续纤维增韧陶瓷基复合材料在国内外航空发动机热端部件上的应用。从工程运用角度,探讨了连续纤维增韧陶瓷基复合材料工程化运用面临的问题及解决措施。结合我国航空发动机的发展需求及连续纤维增韧陶瓷基复合材料研究、应用现状,提出了加快连续纤维增韧陶瓷基复合材料研究及工程化应用的建议。     

非连续增强金属基复合材料的热残余应力

详细地论述了非连续增强金属基复合材料热残余应力的产生、松弛机理以及热残余应力对材料组织和性能的影响，并预测了今后的发展方向。指出增强体与基体的线膨胀系数之差、界面结合和温度变化是产生热残余应力的必要条件，非连续增强金属基复合材料的热残余应力的松弛将使得金属基复合材料基体内的位错密度增加，热残余应力使复合材料的拉伸强度降低。     

国外连续纤维增强钛基复合材料的研究与发展

连续碳化硅纤维增强钛基复合材料兼有高的比强度、高的比模量和高的韧性，在未来高性能飞机、航空发动机和航天飞机上有广阔的应用前景。     

非连续增强金属基复合材料的车削加工

本文阐明了研究非连续增强金属基复合材料车削加工的必要性和重要性,综述了非连续增强金属基复合材料车削加工的研究现状,指出了在研究非连续增强金属基复合材料车削加工过程中需要解决的几个问题和这一研究的发展前景。     

钛基复合材料涡轮发动机部件联合体研究计划

1994年8月,美国政府投资起动了钛基复合材料涡轮发动机部件联合体(TMCTECC)研究计划,目的是探索和研究钛基复合材料在燃气涡轮发动机上的应用。TMCTECC研究计划的参研单位包括2家航空发动机设计与制造商(GEAE和PW公司),3家钛基复合材料制造商(TSM,ARC和3M公司),以及1家在铸造方面有独特经验的航空航天部件制造商(Howmet公司)。该计划的目标是推广应用在IHPTET研究计划联合技术验证发动机(JTDE)等分计划下已经开发和验证的钛基复合材料技术,初期研究重点是钛基复合材料在商用和军用运输机的大涵道比涡扇发动机上的应用,目前…     

搅拌对熔铸—原位反应TiB2／Al和TiC／Al复合材料微观组织的影响

研究、开发了一种熔铸－ 原位反应颗粒增强铝基复合材料制备技术,探讨了搅拌工艺对３ｖｏｌ％ ＴｉＢ２ 和３ｖｏｌ％ ＴｉＣ颗粒增强铝基复合材料微观组织的影响。结果表明,采用圆盘状叶片的搅拌装置对获得颗粒均匀分布、组织致密的铝基复合材料十分有利。     

石墨烯增强钛基复合材料界面调控及强韧化机理研究进展

高超声速飞行器等航空装备的快速发展对钛合金综合性能及应用水平提出更高要求。采用传统热工艺技术制备钛合金的性能已经接近或达到理论极限。传统技术很难大幅提高钛合金的综合性能,探寻石墨烯技术改性钛合金成为一个重要发展方向。然而,钛合金中石墨烯的界面反应控制难度大,如何获得具有良好结合强度的石墨烯/钛界面是石墨烯增强钛基复合材料性能提升的基础与关键。本文在分析制约石墨烯增强钛基复合材料发展系列问题基础上,重点介绍石墨烯增强钛基复合材料微观组织、界面特征以及静态/动态力学性能、摩擦磨损、抗氧化性能和石墨烯强韧化机理等方面的研究进展,探讨现阶段解决石墨烯增强钛基复合材料分散均匀性、界面结合性和组织致密性的方案和优缺点,最后指出该类型材料在界面调控、大规模制备和性能稳定性等方面技术面临的挑战,并提出该类型材料发展应与理论计算技术、先进制备技术和特种功能应用相结合,深化界面优化设计和可控制备,拓宽应用领域。