钛基复合材料增强体快速纳米化实验方法技术

本发明专利技术公开了一种钛基复合材料增强体快速纳米化实验方法，将原位自生钛基复合材料加工成圆柱形的样品，去除氧化层后，将样品两端置于电冲击设备两电极之间，调节电冲击电流及作用时间后，在常温下对样品进行电冲击处理，待样品冷却至室温；将样品沿轴线方向切割，镶嵌制得金相试样，对金相试样进行表面处理，确保表面无划痕；利用扫描电镜表征电冲击处理前后钛基复合材料中增强体尺寸的变化以及增强体分布情况，分析得到实验结论。本发明专利技术在常温下进行电冲击处理，操作简单，耗时少，成本低，可以实现钛基复合材料增强体的纳米化并得到验证，为改善钛基复合材料综合性能提供新方法。

Experimental method for rapid nanocrystallization of titanium matrix composite reinforcement

【技术实现步骤摘要】
钛基复合材料增强体快速纳米化实验方法
本专利技术属于钛基复合材料领域，具体涉及一种钛基复合材料增强体快速纳米化实验方法。
技术介绍
钛基复合材料相比钛合金具有更高的比强度和抗高温性能，在钛合金中引入增强体，使材料同时具有基体的延展性、韧性和增强体高强度、高模量的特性，有望应用在超高音速宇航飞行器和先进航空发动机上。钛合金中常用增强体以TiBp，TiC，La2O3，SiC等高硬度、高熔点的陶瓷相作为增强相，增强相的体积百分比、尺寸和分布对钛基复合材料性能影响很大，尤其是颗粒增强钛基复合材料。为了更好地优化颗粒增强钛基复合材料力学性能，增强体的颗粒细化对增强效果有着极为重要的影响，目前钛基复合材料中增强相的生成主要依靠原位反应，而原位反应生成的增强相尺寸主要以微米级为主，且尺寸分布范围不均匀，导致钛基复合材料力学性能的各相异性，尤其是以TiB为增强相的钛基复合材料，TiB在基体中多以微米级的短纤维状存在，导致TiB增强钛基复合材料各相异性更明显。因此，对钛基复合材料增强体颗粒实现细化和尺寸分布均匀化对改善其综合性能具有重要意义，对促进钛基复合材料在航空航天、军用装备等重要领域应用具有指导意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钛基复合材料增强体快速纳米化实验方法，在常温下进行电冲击处理，操作简单，耗时少，成本低，可以实现钛基复合材料增强体的纳米化并得到验证，为改善钛基复合材料综合性能提供新方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种钛基复合材料增强体快速纳米化实验方法，包括步骤：S1.将原位自生钛基复合材料加工成圆柱形的样品，去除氧化层后，将样品两端置于电冲击设备两电极之间，调节电冲击电流及作用时间后，在常温下对样品进行电冲击处理，待样品冷却至室温；S2.将样品沿轴线方向切割，镶嵌制得金相试样，对金相试样进行表面处理，确保表面无划痕；S3.利用扫描电镜表征电冲击处理前后钛基复合材料中增强体尺寸的变化以及增强体分布情况，分析得到实验结论。在步骤S1中，通过砂纸打磨去除氧化层。在步骤S2中，切割方式采用线切割。在步骤S2中，表面处理为依次进行的打磨、抛光和超声清洗。进一步地，打磨时，使用不同型号的砂纸，由粗到细依次进行打磨。进一步地，抛光时，利用配比2:3的过氧化氢溶液和二氧化硅悬浮溶液进行抛光。进一步地，超声清洗时，利用酒精溶液进行超声清洗。本专利技术的有益效果是：本专利技术在常温下进行电冲击处理，操作简单，耗时少，成本低，可以实现钛基复合材料增强体的纳米化并得到验证，为改善钛基复合材料综合性能提供新方法。附图说明图1是电冲击处理前钛基复合材料TiB/Ti-6Al-4V中TiB的SEM图；其中(a)、(b)和(c)分别对应放大500倍、1000倍和5000倍下的TiB，椭圆线框所示为处理前短纤维状TiB颗粒及其分布。图2是电冲击处理后TiB/Ti-6Al-4V中TiB的SEM图；其中(a)、(b)和(c)分别对应放大500倍、1000倍和5000倍下的TiB，方形线框所示为电冲击处理后纳米化TiB颗粒及其分布。图3是电冲击处理前后增强体TiB尺寸及分布示意图；其中(a)是处理前、(b)是处理后。具体实施方式下面以钛基复合材料TiB/Ti-6Al-4V为例，进行钛基复合材料增强体快速纳米化实验，需要说明的是本实施例选用TiB/Ti-6Al-4V，是为了具体进行实施和验证，也可以选用其它的钛基复合材料进行替换。实验准备和过程；选取原位自生钛基复合材料8％TiB/Ti-6Al-4V为原材料，TiB体积百分比8％，利用线切割方法将钛基复合材料加工成Φ5×10mm圆柱体样品，用240#砂纸打磨去除样品表面氧化层(有益于电冲击处理电极的良好接触，便于电冲击处理实验的顺利实施)。将实验样品上下端面放置在电冲击处理设备两电极之间，保证上下表面完全接触。调节电冲击设备参数，设备输入电流70A，处理时间0.06s，两端加载压力0.2MPa。待处理样品冷却至室温后，将样品沿轴线方向进行线切割，然后进行镶嵌制得金相试样，将金相试样分别用240#、600#、1200#、4000#的砂纸从粗到细打磨，最后用配比为2:3的过氧化氢溶液和二氧化硅悬浮液抛光，并用酒精超声清洗两次。对电冲击处理前后样品进行SEM观察，表征分析TiB尺寸大小和分布。电镜观察结果与分析；电冲击处理前后钛基复合材料TiB/Ti-6Al-4V中增强体TiB的尺寸和结构如图1和2所示，(a)(b)(c)分别对应放大倍数500倍、1000倍、5000倍的SEM图。如图1所示，电冲击处理前观察到TiB为完整短纤维状，但尺寸分布不均匀，尺寸大小多为微米级别，详细见(a)和(b)所示。图1(c)为TiB高清SEM照片，可发现TiB尺寸大约为10微米，且界面与基体结合完好，如图椭圆线框所示，电冲击处理后TiB尺寸和结构如图2所示。从图2(a)和(b)中观察到TiB尺寸分布较处理前相对均匀，长径比较大TiB明显减少，说明电冲击处理后TiB尺寸和分布发生了重新排布。图2(c)为电冲击处理后高倍下TiB的结构和尺寸分布，发现电冲击处理后，TiB断裂成较短增强体，有些断裂成等轴细小TiB，细小TiB尺寸分布为纳米级，尺寸范围大约为50-100纳米，如图方形线框所示，相对未处理样品中微米TiB尺寸，TiB出现明显纳米化，且界面接触良好。SEM观察显示电冲击处理可将短纤维状TiB转变为纳米颗粒状，其主要原因是电冲击处理的热效应和非热效应，在热效应方面，电冲击过程瞬时会在样品内部形成高电流，从而在基体内部形成热应力，基体在热应力作用下挤压高脆性TiB短纤维，热应力瞬时使TiB断裂破碎；在非热效应方面，由于增强体TiB和基体电阻存在很大差异，导致流过基体和增强体的电流差异很大，从而在TiB增强体尖端出现能量集中，这种能量集中进一步导致增强体两端周边的基体变形加剧，热应力增加，促进TiB纳米化。与此同时，破碎的纳米TiB颗粒又可以作为能量集中源，在电冲击作用下使得纳米TiB边缘与基体结合良好。短纤维TiB颗粒纳米化示意图如图3所示。得出结论：上述钛基复合材料增强体快速纳米化的方法，可在常温下，通过短时间电冲击处理方法，快速实现钛基复合材料中短纤维状TiB纳米化，通过观察电冲击处理前后TiB形貌，验证了常温下电冲击处理可以使钛基复合材料中TiB实现纳米化。本专利技术在常温下进行电冲击处理，操作简单，耗时少，成本低，可以实现钛基复合材料增强体的纳米化并得到验证，为改善钛基复合材料综合性能提供新方法。上面结合附图对本专利技术的实施例进行了描述，但是本专利技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本专利技术的启示下，在不脱离本专利技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，可做出很多改进形式，均属于本专利技术的保护之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛基复合材料增强体快速纳米化实验方法，其特征在于：包括步骤，/nS1.将原位自生钛基复合材料加工成圆柱形的样品，去除氧化层后，将样品两端置于电冲击设备两电极之间，调节电冲击电流及作用时间后，在常温下对样品进行电冲击处理，待样品冷却至室温；/nS2.将样品沿轴线方向切割，镶嵌制得金相试样，对金相试样进行表面处理，确保表面无划痕；/nS3.利用扫描电镜表征电冲击处理前后钛基复合材料中增强体尺寸的变化以及增强体分布情况，分析得到实验结论。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛基复合材料增强体快速纳米化实验方法，其特征在于：包括步骤，
S1.将原位自生钛基复合材料加工成圆柱形的样品，去除氧化层后，将样品两端置于电冲击设备两电极之间，调节电冲击电流及作用时间后，在常温下对样品进行电冲击处理，待样品冷却至室温；
S2.将样品沿轴线方向切割，镶嵌制得金相试样，对金相试样进行表面处理，确保表面无划痕；
S3.利用扫描电镜表征电冲击处理前后钛基复合材料中增强体尺寸的变化以及增强体分布情况，分析得到实验结论。


2.如权利要求1所述的钛基复合材料增强体快速纳米化实验方法，其特征在于：在步骤S1中，通过砂纸打磨去除氧化层。


3.如权利要求1所述的钛基复合材料增强体快...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢乐春，邬娅娅，华林，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42