Preparação, processamento e aplicação de compósitos de matriz de titânio resistentes à corrosão

Conhecidos como "Modern Metal" e "Space Metal", Titanium e Titanium Lighys têm as características de baixa densidade, alta resistência específica, resistência à corrosão e excelentes propriedades mecânicas de alta temperatura, e foram cada vez mais amplamente utilizadas na indústria aeroespacial, química, Engenharia Marinha, Biomedicina e outros campos. As ligas de titânio também fizeram muitos avanços no decorrer de décadas de desenvolvimento. O método de liga melhorou significativamente o desempenho dos esquecentes da liga de titânio, e a temperatura do serviço foi aumentada de 350 ℃ para 600 ℃, mas não foi capaz de romper o gargalo de 600 ℃ nos últimos 30 anos. Com o rápido desenvolvimento de titânio na indústria aeroespacial, as aeronaves de alta velocidade precisam trabalhar em temperatura ultra-alta, alta tensão, desgaste forte e outras condições extremas, o que apresenta requisitos mais rigorosos sobre a resistência, rigidez, resistência ao calor e Outras propriedades de materiais à base de titânio. Uma das maneiras eficazes de alcançar o alto desempenho das ligas de titânio é introduzir fase de bigode multidimension ou/de reforço de cerâmica de partículas e controlar seu arranjo espacial ordenado. Os materiais resultantes são conhecidos como compósitos de matriz de titânio (TMCs), entre eles, esse tipo de TMCS com IMI834, TI1100, BT36, TI60, TI600, TI65 e outros titânio de alta temperatura do tipo α de α também é conhecido como calor- TMCs resistentes (HRTMCs). TIB, TIC, Ti5SI3 e óxidos de terras raras (como LA2O3) são as fases de reforço de cerâmica mais usadas em TMCs, que geralmente são geradas pela autogênese in situ entre a matriz de titânio e os reagentes como B, TIB2, C, B4C, SI e LAB6 durante o processo de preparação. Por meio de projeto de composição flexível, distribuição requintada, otimização estrutural e vários controle de usinagem de deformação, os TMCs podem realizar o acoplamento sinérgico entre ligas de titânio dúctil e alta rigidez e corpos de reforço de alta resistência, mostrando uma força específica mais alta, rigidez específica e melhor calor e desgaste resistência. A temperatura de uso dos HRTMCs é aumentada em 50 ~ 200 ℃ em comparação com a liga tradicional de titânio, e espera -se que substitua parcialmente a super -alojada tradicional no ambiente de uso de 550 ~ 800 ℃, de modo a obter perda substancial de peso. O HRTMCS possui amplo potencial de perspectiva de aplicação e desenvolvimento em aeroespacial e outros campos, por isso tem sido amplamente preocupado.

Com a temperatura subindo acima de 600 ℃, o enfraquecimento significativo da força do limite de grãos tornou -se um dos obstáculos para melhorar ainda mais a resistência ao calor dos TMCs. Embora o reforço em uma única escala possa melhorar a força do limite do grão, causará maior fragilidade à temperatura ambiente. O reforço multi-componente e multi-escala pode efetivamente fortalecer os limites dos grãos enquanto alivia o declínio da plasticidade. Com o entendimento mais aprofundado de configurações compostas finas em materiais estruturais biológicos, mais atenção foi dada ao efeito de configurações compostas "não uniformes" no fortalecimento e endurecimento dos compósitos de matriz metal. A configuração composta é mais propícia a exercer o grau de liberdade do projeto composto e o efeito de acoplamento sinérgico entre diferentes componentes, de modo a explorar ainda mais o potencial da resistência ao calor dos TMCs. Além disso, a introdução da fase de reforço de cerâmica reduz o desempenho do processamento térmico dos TMCs; portanto, a tecnologia de deformação térmica tradicional para processar TMCs, o rendimento e a estabilidade do produto não são ideais, não podem alcançar a preparação de grandes componentes complexos e produção de massa. Os componentes formados pela tecnologia de formação de rede quase net, como forjamento isotérmico, fundição de precisão e fabricação aditiva, não precisam ser processados ​​ou precisam apenas de uma pequena quantidade de processamento, o que não pode apenas melhorar a taxa de utilização de matérias -primas, mas também resolver a formação Problemas de componentes complexos, para que tenham amplas perspectivas de aplicação e atraiam atenção.

As teorias de novo design de materiais, como fortalecimento colaborativo de micro-nano e design de configuração composta, fornecem novas idéias de pesquisa para melhorar ainda mais as propriedades abrangentes dos HRTMCs. A mais e mais madura a tecnologia de formação de rede fornece uma nova maneira técnica de resolver efetivamente o difícil problema da formação de componentes HRTMCS. Neste artigo, os exemplos de progresso e aplicação da pesquisa de HRTMCs são revisados ​​a partir dos aspectos do design e preparação da configuração composta, perto da tecnologia de processamento de formação de rede e propriedades mecânicas de alta temperatura, e os problemas existentes, os principais pontos de avanço e a direção futura do desenvolvimento dos HRTMCs são proposto.

Após anos de pesquisa, um grande progresso foi feito no projeto, preparação e processamento de TMCs. Através da regulação ordenada dos parâmetros estruturais, como o tamanho, o tipo e as características de distribuição da fase de reforço e a estrutura da matriz, as propriedades abrangentes dos materiais foram aprimoradas e os principais problemas da preparação e formação de componentes do TMCS foram resolvidos, E eles foram aplicados em alguns campos importantes. Produziu bons benefícios sociais e econômicos. Para melhorar ainda mais o desempenho abrangente dos HRTMCs, promover o desenvolvimento de tecnologia de processamento avançado para materiais compostos e continuar expandindo a exploração de aplicação de materiais em aeroespacial, petróleo, indústria química, navios e outros campos, o trabalho pode ser realizado a partir de as quatro direções a seguir no futuro.

(1) TMCs em larga escala Coloque o lingote ou a preparação do tarugo de metalurgia em pó, tubo, haste, produção industrial. Os componentes em larga escala precisam para preparar especificações maiores do bico de metalurgia composto de matriz de titânio, como preparar composição uniforme, boa consistência, sem defeitos e qualidade estável do lingot e o aloto de metalurgia do elenco é o principal problema que deve ser resolvido no grande -Scale Aplicação de TMCs. Nesta base, a produção de tubos TMCs, hastes e placas é realizada usando equipamentos industriais.

(2) acoplamento micro-nano e configuração. A força de contorno do grão diminui significativamente a alta temperatura. O fortalecimento do limite de grãos é a chave para melhorar ainda mais o desempenho de alta temperatura dos HRTMCs no futuro. O desempenho de alta temperatura dos HRTMCs pode ser significativamente melhorado pelo fortalecimento de micro/nano e fortalecimento da configuração. Portanto, espera -se que a combinação de micro e nano fortalecimento e fortalecimento da configuração melhorem ainda mais o desempenho de alta temperatura dos TMCs. Ao otimizar o tipo, conteúdo, tamanho e distribuição espacial do reforço em materiais compósitos, é realizada a distribuição multi-estrutura do reforço multi-componente e em várias escalas, o que se torna uma nova maneira de quebrar o gargalo da resistência ao calor dos TMCs.

(3) Desenvolva a tecnologia avançada de processamento de formação de rede. Fabricação aditiva, fundição de precisão e formação superplásica isotérmica são três tipos de tecnologia de formação de rede quase net, que são importantes avanços para resolver a formação de componentes complexos HRTMCS. Em termos de fabricação aditiva, o pó composto tem uma vantagem congênita, e o desenvolvimento de uma nova rota de preparação de processos curtos em pó composta para reduzir os custos de produção e reduzir o ciclo do processo é útil para promover o desenvolvimento da tecnologia aditiva de HRTMCs. Em termos de fundição de precisão, é necessário otimizar a composição da liga da matriz e o tipo e o conteúdo do reforço e simular o processo de fundição de precisão do TMCS para otimizar o modelo e o processo de fundição, de modo a reduzir defeitos de fundição, melhorar a fluidez e garantir o preenchimento e melhorar as propriedades mecânicas das peças fundidas. Em termos de formação superplásica isotérmica, é necessário continuar pesquisas aprofundadas sobre o processo e o mecanismo de formação superplásica de HRTMCs e explorar a influência de múltiplos reforços de escala múltipla e sua distribuição de configuração no mecanismo de deformação superplástico, de modo a obter regulação fina fina da estrutura da matriz e manter a distribuição de configuração do reforço e exercer ainda mais suas vantagens na preparação da estabilização de componentes complexos de grande porte.

(4) Melhorar o desenvolvimento de dados de desempenho abrangentes e tecnologias de detecção relacionadas. Além da boa resistência à temperatura ambiente e excelente resistência à alta temperatura, os HRTMCs também presta mais atenção às propriedades de fluência, resistência à fratura e propriedades de fadiga, que são indicadores -chave que devem ser considerados quando os TMCs são usados ​​em ambientes extremos, como aeroespacial. Os efeitos do reforço, parâmetros de distribuição de configuração correspondentes e deformação em propriedades abrangentes devem ser consideradas para otimizar o projeto, preparação e processamento de materiais compostos. Ao mesmo tempo, é necessário resolver os principais problemas, como a detecção de compósitos de matriz de titânio e testes não destrutivos, o que tem significância significativa para acelerar a aplicação de hRTMCs.