高温结构材料Al3Ti的制备工艺及力学性能研究

【摘  要】Ti和Al由于各自的优势，都是目前比较重要的航空航天材料，而两者之间的结合产物Al3Ti更是受到了众多国内外研究学者的广泛关注，作为比较有前景的结构材料，Al3Ti在材料科学世界中占有很重要的位置。在现有比较成熟的金属间化合物中，Ti-Al系金属间化合物是目前世界研究工作者的研究重点，是世界公为的具有广阔应用前景的高温结构材料。其中Al3Ti金属间化合物凭借其高熔点、高弹性模量、低密度（3.3g/cm3）、高熔点（1412℃）以及优良的抗氧化性能，成为目前各国开发高温结构材料的首选。

【关键词】高温结构材料;Al3Ti;制备工艺;力学性能研究

Al3Ti为一种良好的高温结构材料，物制备方法一般采用高温（一般在1200℃以上，甚至高于1600℃）熔炼法，该方法所需设备昂贵，能耗大。本次研究思路是采用低温（600～700℃）元素粉末冶金法制备金Al3Ti，以便降低生产成本。在制备过程中探索研究合理的工艺从而得到性能优良的金属间化合物Al3Ti，对在制备及性能测试过程中存在的问题进行分析，并找出解决的办法。

利用VASP软件采用第一性原理对工艺的本性进行模拟分析，在最终确定总体制备工艺后，对产品进行加工制造。烧结工艺如下表1所示：

对L-S和S-S反应后的生成物分别进行EDS扫描分析发现，Al-Ti的原子比将近为3：1，可以确定反应生成物为Al3Ti，所制备的Al3Ti的体积分数为93%，因此，通过固液反应加上固固反应制备比较纯的Al3Ti是可行的。如下图1所示：

Al3Ti是一种能耐高温的金属间结构化合物，它是Al-Ti系列金属间化合物中比较有应用前景的一种耐高温结构材料，在一定的高温下，它能在金属材料表面性形成一种比较致密的Al2O3保护膜，使材料的能在高温下具有很强的耐氧化性，本文采用粉末冶金方法制备成功的Al3Ti结构材料具有很高的耐氧化性能，在850℃的高温下，随着时间的延长，形成的Al2O3会逐渐的覆盖在整个金属试样的表面，防止材料进一步氧化，材料吸收氧的速度逐渐达到饱和，因此，对材料的氧化动力学的测定具有很重要的实际意义。Al3Ti在850℃抗氧化性能测试数据，温度和抗氧化关系如表2所示：

烧结后的力学性能为：HRC大于45，抗压强度大于250MPa，抗拉和抗弯强度为100MPa左右。

在生产实践中进行推广，降低企业的生产成本，能够制成成品，大大提高利润，年利润提高5%以上，具备良好的经济效益，并占领一定市场份額，同时，可以加快解决国民生产和国防领域等方面对于高温结构材料重量轻、强度高、塑性好等方面的迫切需求。

基金项目：本课题来自于浙江省教育厅2019年度高校访问工程师 “校企合作项目”-FG2019145-高温结构材料Al3Ti 的制备工艺及力学性能研究。

作者简介：高希瑞（1986-），男，汉族，浙江绍兴人，西安交通大学硕士，讲师，研究方向为汽车电子。

浙江工业职业技术学院    浙江绍兴    312000