颗粒增强钛基复合材料的研究与进展

谭启明 隋楠

1 概述

由于新一代航空航天发动机、火箭、导弹、空天飞机等武器装备的快速发展，对轻质化、耐高温材料提出了更高的要求，钛基复合材料（TMCs）在原有钛合金基体耐磨、耐腐蚀的基础上，拥有更加优异的比强度、比刚度以及耐高温性能，已成为材料科学中的前沿领域之一。颗粒增强钛基复合材料（PTMCs）合成方式多，基体选择广，对比纤维增强钛基復合材料（FTMCs），具有材料各项同性，加工工艺容易与相对较低的成本等特点[1-4]。本文综述了颗粒增强钛基复合材料的发展现状，包括钛合金基体，增强相颗粒，合成工艺，后续变形加工以及发展趋势。

2 钛合金基体

按照退火后相组成分类，常用于颗粒增强的钛合金基体可分为α、近α、α+β合金和钛铝金属间化合物系。其中使用最为广泛的是α+β合金中的Ti-6Al-4V，该合金由于其优异的综合性能，成熟的工业化生产经验成为研究PTMCs中最理想的基体材料[5-7]。α钛合金主要包括各纯度的工业纯钛，在颗粒增强工艺探索的早期阶段，常使用该类材料作为基体，成本低、易加工，相变机理相对简单为早期工作提供了有利条件[8-9]。近α合金中以T A15和TA19为基体的PTMCs由于其良好的抗蠕变和高温性能也引起了一些关注[10，11]。钛铝金属间化合物系主要为α2相Ti3Al合金，O相Ti2AlNb合金和γ相TiAl合金，该类合金有效填补了高温钛合金难以在600～800℃高温环境长期使用的空白，其中Ti3Al合金起步早，1980年美国已对其开展了系统的研究，目前已应用于航空发动机和航天器部分零件，其最高长时间使用温度（约650℃），虽低于Ti2AlNb（约700℃）和TiAl（约800℃），但塑性相对较好，在国内已成功实现3t锭级的制备，可满足大批量生产要求。……