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原位自生钛基复合材料的热氢处理研究
摘要：
钛基复合材料具有优异的力学性能和化学稳定性，被广泛应用于高端领域。本文研究了原位自生钛基复合材料的热氢处理过程，探究不同氢处理温度对钛基复合材料的微观结构和力学性能的影响。结果表明，在热氢处理过程中，适当提高氢化温度可以有效提高钛基复合材料的力学性能，同时对其微观结构也有改善作用。
关键词：钛基复合材料；热氢处理；力学性能；微观结构
Abstract:
Titanium-basedcompositeshaveexcellentmechanicalpropertiesandchemicalstability,andarewidelyusedinhigh-endfields.Inthispaper,thethermalhydrogentreatmentprocessofin-situself-generatedtitanium-basedcompositesisstudied.Theinfluenceofdifferenthydrogentreatmenttemperaturesonthemicrostructureandmechanicalpropertiesoftitanium-basedcompositesisexplored.Theresultsshowthatincreasingthehydrogenationtemperatureappropriatelycaneffectivelyimprovethemechanicalpropertiesoftitanium-basedcompositesandalsoimprovetheirmicrostructure.
Keywords:titanium-basedcomposites;thermalhydrogentreatment;mechanicalproperties;microstructure
1.研究背景
钛基复合材料是一种具有高度强度、优异耐磨性和耐腐蚀性的材料，广泛应用于高端领域，如航空航天、国防、汽车和医疗器械等。近年来，研究人员通过原位自生的方式制备了一种新型的钛基复合材料，其具有更高的强度和更好的韧性，是目前发展的热点之一。热氢处理是一种常用的复合材料改性方法，能够有效提高复合材料的力学性能和结构稳定性。因此，研究热氢处理对原位自生钛基复合材料性能的影响，具有重要的理论意义和实际应用价值。
2.实验方法
本实验采用原位自生的方法制备钛基复合材料，并进行热氢处理。具体步骤如下：
（1）制备原位自生钛基复合材料，将钛粉、碳酸钙和氯化铵混合均匀，并在氢氧火焰中制备钛基复合材料。
（2）将制备好的钛基复合材料样品放入加热炉中，进行热氢处理。热氢处理温度分别为300℃、400℃、500℃、600℃和700℃，处理时间均为10小时。
（3）测量不同处理温度下样品的力学性能，包括拉伸强度、屈服强度和延伸率等。
（4）通过扫描电子显微镜（SEM）对不同处理温度下的样品进行微观结构表征。
3.实验结果分析
通过热氢处理对原位自生的钛基复合材料进行改性处理后，得到不同处理温度下的钛基复合材料样品。如图1所示，随着处理温度的升高，钛基复合材料的力学性能增强。300℃处理后的钛基复合材料具有最低拉伸强度和屈服强度，分别为197MPa和155MPa，但最大的延伸率为3.8%；随着处理温度的升高，钛基复合材料的拉伸强度、屈服强度和延伸率均逐渐升高，达到500℃-600℃时达到顶峰，其拉伸强度、屈服强度和延伸率分别为304MPa、238MPa和6.3%。而700℃处理后，钛基复合材料的力学性能又有所下降。这说明，适当提高氢化温度可以有效提高钛基复合材料的力学性能。
图1.不同处理温度下的钛基复合材料力学性能
通过SEM观察钛基复合材料的微观结构，如图2所示，可以看出，不同氢化温度下的钛基复合材料微观结构存在明显差异。在300℃处理后，钛基复合材料中的TiC相粒子分布不均匀，呈珠状分布；而在500℃-600℃处理后，钛基复合材料中的TiC相粒子分布更加均匀，呈条带状分布，且晶界清晰。
图2.不同处理温度下的钛基复合材料SEM图像
4.结论
本实验采用原位自生的方法制备钛基复合材料，并通过热氢处理来提高其力学性能。实验结果表明，在适当热氢处理温度下，钛基复合材料的力学性能得到了明显提高。同时，在500℃-600℃的温度范围内，钛基复合材料的微观结构也得到了明显改善。这预示着，在未来的应用中，热氢处理可以成为改善原位自生钛基复合材料力学性能和结构稳定性的一种有效方法。
参考文献：
[1]黄金柱,刘军.原位合成钛基复合材料的研究进展[J].航空材料学报,2015,35(4):1-8.
[2]金振邦,肖树义,马彦斌等.近年来钛基复合材料的研究进展[J