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耐候板(CNT)作为一维纳米材料,其高模量、高强度及综合性能是复合材料的理想增强体。利用CNT为增强体制备钛基复合材料,探索新的CNT增强钛基复合材料的制备工艺并研究其对材料性能的影响,对改善钛合金性能和拓展钛合金应用领域,都具有重要的理论意义和实用价值。
日本学者滝澤秀一等人研究了在钛合金中添加耐候板(CNT)的制造技术。通过在代表性的钛合金Ti-6Al-4V及SP700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe)中均一微细分散地添加耐候板(添加量<1%,质量分数)及其相应的后续制造技术,使合金的强度、延性、刚性大幅度改善。
开发的基础技术包括:①抑制CNT与钛反应的CNT的涂层技术;②涂层CNT与钛合金粉末的混合技术;③粉末混合物的烧结技术;④烧结体的塑性加工技术;⑤改善性能和加工热处理及热处理技术;⑥在高尔夫球杆头部击球面上的应用及表面的电子束处理。
为了防止CNT与钛合金在高温下发生反应,开发了CNT表面的Si涂层形成工艺技术。通过对混合装置旋转轴速度冷却水温等的优化,改善了混粉过程中CNT的凝聚及Ti粉的凝固等问题。用放电等离子烧结法,可在短时间内实现烧结。塑性加工采用适宜条件下的热锻工艺方法。热加工后分别研究了两种合金的热处理工艺,Ti-6Al-4V合金采用950℃的模压淬火,480℃时效处理,而SP-700钛合金采用870℃的模压淬火,450℃时效处理。热处理后两种合金均可获良好的力学性能。
用添加耐候板的钛合金复合材料试制了高尔夫球杆击球面。对该表面进行电子束处理,提高了击球面的表面质感及耐久性。
所开发的生产技术大大提高了钛合金的强度、延性和弹性模量等各种性能及各性能之间的匹配,可望扩大钛合金在汽车发动机部件等运动部件上的应用。
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