2-2、非连续增强金属基复合材料高通量制备技术研发

耿林^1*，崔岩²，黄陆军¹，曹雷刚²

  1.哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，2.北方工业大学机械与材料工程学院

摘要：以铝基和钛基为代表的金属基复合材料，因其轻质、高强、高刚、多功能、高可靠性等优异的性能，可望满足航空航天等领域的苛刻使役要求，近年来在国内外已均获得越来越多的应用。设计自由度大、性能可剪裁是金属基复合材料的特点和优势，然而金属基复合材料性能影响因素繁多（如增强相特性与分布、基体成分、组织结构以及界面特性等），影响规律不易把控，进而导致时至今日仍普遍采用个案攻关、循环试错的传统研究方法来应对新产品研发，这就势必会造成研制周期长、成本高、适应性差、应用范围有限等问题。而中国制造高端装备的迅猛发展对金属基复合材料提出了小批量、多品种、个性化、高性能的快速研发需求，亟待开发适用于金属基复合材料个性化新产品研制的低成本、快速响应的高通量研制新模式。基于材料基因工程思想的金属基复合材料高通量制备技术是其中的关键技术之一，它不仅可以为高通量表征提供大量的实验样品，同时还可以快速优化材料体系、高效验证材料计算结果。本文详细介绍了项目团队在基于无压浸渗法和粉末冶金法铝基、钛基复合材料高通量制备技术研发工作中的进展。其中，基于熔铝无压浸渗工艺，设计制作了专用工装模具，采用阵列式多单元并行方案，针对不同组分和界面特征的多系列铝基复合材料，开展微小单元和常规单元样品的高通量制备技术研发，现已实现40个以上常规单元样品的同炉、同步制备。现阶段研究工作已发现，同种增强相颗粒其不同的表面洁净度、形状参数等因素对铝基复合材料性能有着显著的影响，这就从增强相角度为进一步优化复合材料性能提供了新的技术途径。基于粉末冶金工艺，提出了在层内利用石墨纸作为软格段，层间利用石墨垫作为硬格段的粉末冶金高通量制备方法，对不同钛合金颗粒尺寸、增强相含量与种类的钛基复合材料体系，开展了微小尺寸样品制备，单炉能够可靠、稳定地制备32件以上的试样，由于软格段避免了微小单元高度差的影响，获得钛基复合材料致密度一致的系列样品。现阶段组织分析结果显示，当整体增强相含量不变的情况下，随钛合金基体颗粒尺寸增加，网状结构处局部增强相含量增加。当钛基体颗粒尺寸不变，局部增强相含量随整体增强相含量增加而增加。增强相种类变化，并不改变网状结构分布状态，只是颗粒状增强相如TiC因只能分布在网状界面处而具有更高的连通度。综上所述，本项目团队开发的高通量制备技术可以有效降低金属基复合材料的研发成本、缩短研发周期，当前的研究进展为进一步提升高通量制备能力奠定了基础。

关键词：金属基复合材料；高通量制备；无压浸渗法；粉末冶金法

通讯作者：耿林，电话：13804552634   Email：genglin@hit.edu.cn

DOI:10.12110/secondfmge.20181014.202