亞微米晶NiAl-Al2O3復合材料的脈沖電流燒結(jié)與性能研究.pdf

1、NiAl金屬間化合物具有高熔點、低密度和良好的導熱性，有希望成為新一代的高溫結(jié)構(gòu)材料而受到廣泛關注。然而，室溫塑性差和抗蠕變能力低等缺陷限制了NiAl金屬間化合物作為高溫結(jié)構(gòu)材料的實際應用。本文通過機械合金化和燒結(jié)相結(jié)合的方式制備了亞微米晶NiAl-5vol.％Al2O3復合材料，并通過燒結(jié)-鍛造短流程工藝制備了NiAl-Al2O3前緣模擬件。揭示了機械合金化過程中粉末形貌、顯微組織和成分變化，分析了球磨設備和球磨參數(shù)對合金化進程的影響

2、；通過熱壓燒結(jié)和脈沖電流燒結(jié)制備了亞微米晶NiAl-Al2O3塊體材料，分析了燒結(jié)參數(shù)和燒結(jié)方法對材料組織和致密度的影響，明確了材料的強韌化機制和變形機制；研究了亞微米晶NiAl-Al2O3復合材料的高溫氧化性能，并探討了稀土元素釔對材料抗氧化性能的影響。
　　NiAl金屬間化合物的機械合金化受球磨設備、球磨轉(zhuǎn)速和球磨時間的影響。行星式球磨機的能量較低，經(jīng)長時間球磨也未能實現(xiàn)NiAl的合金化。攪拌式球磨過程中，在轉(zhuǎn)速為300r/m

3、in時，經(jīng)100min就能實現(xiàn)NiAl的合金化。合金化完成后，后續(xù)的球磨在空氣氣氛下進行，通過O與剩余Al的反應，生成 Al2O3增強相。球磨22小時后，NiAl和Al2O3的晶粒細化至納米級別，其晶粒尺寸分別約18nm和35nm。
　　分別采用真空熱壓燒結(jié)（HPS）和脈沖電流燒結(jié)（PCS）制備了亞微米晶NiAl-Al2O3塊體材料。TEM明場像結(jié)果表明，Al2O3在NiAl基體中彌散分布，較大的Al2O3顆粒釘扎在 NiAl基體

4、的晶界處，形成“晶界型”結(jié)構(gòu)。部分較小的Al2O3顆粒被包裹在NiAl晶粒內(nèi)，形成“內(nèi)晶型”結(jié)構(gòu)。與HPS相比，PCS能夠在較低的溫度下制備致密度更高的塊體材料，在1200℃下，由PCS所制備材料的相對密度達99.7%，NiAl晶粒尺寸約200nm。由于PCS獨特的燒結(jié)機制，Al2O3增強顆粒發(fā)生明顯的球化。此外，采用燒結(jié)-鍛造短流程工藝制備了亞微米晶NiAl-Al2O3前緣模擬件，零件具有良好的表面質(zhì)量和很高的致密度，材料利用率高且成

5、本較低。
　　力學測試結(jié)果表明，由于細晶強化和彌散相強化，亞微米晶NiAl-Al2O3復合材料的力學性能，特別是其室溫壓縮塑性和高溫強度都有了明顯的提高。壓縮測試中，隨應變速率的提高，材料的流變應力逐漸增加，塑性有所降低；同時，其韌脆轉(zhuǎn)變溫度逐漸升高。材料的變形機制受變形溫度的影響，從低溫到高溫，材料的變形機制分別為結(jié)構(gòu)不變的晶格擴散機制、位錯攀移機制和晶界滑移機制。
　　亞微米晶NiAl-Al2O3復合材料具有良好的高溫抗