Si Cf/Ti-43Al-9V複合材料在高溫環境下仍能保持良好性能, 因其具有高強度、高剛度和較強的抗氧化能力等優點而成為有關學者研究的對象。Si Cf/Ti-43Al-9V複合材料是一種應用前景廣闊的複合材料。與其它的複合材料相比, Si Cf/Ti-43Al-9V複合材料使用溫度可以達到800~900℃。
目前對複合材料的研究範圍普遍集中在晶體的微觀組織, 而對基體微觀組織研究甚少。本文主要對真空熱壓制備Si Cf/Ti-43Al-9V複合材料的基體微觀組織及化學元素進行分析。
實驗所用材料是Si Cf/Ti-43Al-9V複合材料, 該複合材料的基體是Ti-43Al-9V, γ相、α2相和B2相是其微觀組成。将該複合材料在真空環境下壓制成直徑為80μm的細單絲, 壓制過程如下:先将制備好的Si C纖維和Ti-43Al-9V箔片重疊在一起放入到壓制模具中, 再将它們一起放入到真空壓熱爐中進行熱變形。熱變形溫度是1 200℃, 熱變形壓力是160 MPa, 保溫0.5 h後随爐緩慢冷卻, 冷卻至室溫之後就制成單一方向的Si Cf/Ti-43Al-9V複合材料。
将制成單一方向的Si Cf/Ti-43Al-9V複合材料用切割機沿着其單一方向進行切割, 制備分析試樣。将試樣經過精密加工之後用X射線衍射儀、金相顯微鏡和能譜儀分析其顯微組織。
在靠近Si C相晶界處有一層厚度約為3μm的γ相組織。與Si C相距較遠的是B2相和α2/γ相。B2相沿晶界析出, 并且由片狀結構變為粒狀結構。具有這種組織的材料不僅具有很高的強度、良好的塑性, 而且在高溫下還具有良好的性能。
這是由于複合材料在高溫壓制的過程中, 儲存了一定的應變能, 當該應變能儲存到一定程度後會導緻該複合材料發生動态再結晶, 形核并長大, 晶粒變得更加細小。Si C相在高溫壓制的過程中變形較大, 儲存了一定的應變能, 使其容易發生動态再結晶。而離Si C相組織較遠的Ti在高溫壓制的過程中儲存的應變能較小, 不容易發生動态再結晶, 其組織是由晶粒在靜态中形核并長大形成。
從分析結果可以發現:離基體Si C較近的4、5、6、7、8五點, 成分Al的含量成分都超過了50%, 并且平均含量是54%。遠遠高出Ti-43Al-9V合金中Al的含量, 然而距離基體Si C較遠處的Al的含量與在Ti-43Al-9V合金中Al的含量相同, 大約在6%左右。Al在靠近基體Si C處含量較高這一事實說明, Al在Si Cf/Ti-43Al-9V複合材料中發生了偏析, 這是由于當複合材料Si Cf/Ti-43Al-9V在高溫壓制的過程中Ti發生了一種反應, 這種反應叫做界面反應。
由于這種反應的存在, 導緻反應層繼續增長, Ti在離基體Si C較近的位置處減少, 而剩餘的Al被迫在離基體Si C較近的位置處集聚, 形成了富集Al的區域。而Al在這一區域富集就會控制Ti的界面反應。使得γ相和α2相比, Ti和V的含量都較低, Al的含量較高, 是以在富集Al的區域更容易形成γ相。
Si Cf/Ti-43Al-9V複合材料在高溫壓制的過程中會有α2相從γ相中析出, 這就說明發生了γ相向α2相轉變的過程。然而當高溫壓制溫度達到某一溫度值時會有α相從α2相中析出, 發生了α2相向α相轉變的過程。這與Ti-43Al-9V材料相比, 組織中的γ相較少而α相較多。
經過高溫壓制的Si Cf/Ti-43Al-9V複合材料在高溫壓制之後, 随後随爐冷卻, 在冷卻的過程中, 由于冷卻速度較慢, α相有足夠的時間發生轉變, 轉變成α2/γ相。是以在冷卻到室溫時, 組織中沒有α相的存在。由于Si Cf/Ti-43Al-9V複合材料在高溫壓制的過程中形成的α相比Ti-43Al-9V材料中的α相要多。是以, 随爐冷卻過後, Si Cf/Ti-43Al-9V複合材料的α2/γ相組織要多一些。
