Préparation, traitement et application des composites de matrice de titane résistant à la corrosion

Connu sous le nom de "métal moderne" et "métal spatial", les alliages de titane et de titane ont les caractéristiques de faible densité, de résistance spécifique élevée, de résistance à la corrosion et d'excellentes propriétés mécaniques à haute température, et ont été de plus en plus largement utilisées dans l'aérospatiale, l'industrie chimique, Génie maritime, biomédecine et autres champs. Les alliages de titane ont également fait de nombreuses percées au cours des décennies de développement. La méthode d'alliage a considérablement amélioré les performances des formes en alliage de titane, et la température de service est passée de 350 ℃ à 600 ℃, mais elle n'a pas été en mesure de percer le goulot d'étranglement de 600 ℃ au cours des 30 dernières années. Avec le développement rapide du titane dans l'industrie aérospatiale, les avions à ultra-haute vitesse doivent fonctionner à une température ultra-élevée, une forte contrainte, une forte usure et d'autres conditions extrêmes, ce qui fait avancer les exigences plus strictes sur la résistance, la rigidité, la résistance à la chaleur et Autres propriétés des matériaux à base de titane. L'un des moyens efficaces d'obtenir des performances élevées des alliages de titane est d'introduire la phase de moustaches multidimensionnelles ou / / particule de renforcement en céramique et de contrôler son arrangement spatial ordonné. Les matériaux résultants sont connus sous le nom de composites matriciels de titane (TMC), parmi lesquelles, ce type de TMC avec IMI834, TI1100, BT36, Ti60, Ti600, Ti65 et d'autres alliages de titane à haute température à haute température, car la matrice est également connue sous le nom de chaleur à haute température α TMCS résistants (HRTMC). Le tib, le tic, le ti5si3 et les oxydes de terres rares (comme LA2O3) sont les phases de renforcement en céramique les plus couramment utilisées dans les TMC, qui sont généralement générées par autogenèse in situ entre la matrice de titane et les réactifs tels que B, Tib2, C, B4C, Si et Lab6 pendant le processus de préparation. Au moyen de la conception de la composition flexible, de la distribution exquise, de l'optimisation structurelle et de divers contrôles d'usinage de déformation, les TMC peuvent réaliser le couplage synergique entre les alliages de titane ductile et la rigidité élevée et les corps de renforcement haute résistance, montrant ainsi une résistance spécifique, une rigidité spécifique et une meilleure chaleur et une meilleure chaleur et usure résistance. La température d'utilisation des HRTMC est augmentée de 50 à 200 ℃ par rapport à l'alliage traditionnel de titane, et il devrait remplacer partiellement le superalliage traditionnel dans l'environnement d'utilisation de 550 ~ 800 ℃, afin d'obtenir une perte de poids substantielle. HRTMCS a un large prospect d'application et un potentiel de développement dans l'aérospatiale et d'autres domaines, il a donc été largement préoccupé.

Avec la température dépassant de 600 ℃, l'affaiblissement significatif de la résistance aux limites des grains est devenu l'un des obstacles pour améliorer davantage la résistance à la chaleur des TMC. Bien que le renforcement à l'échelle unique puisse améliorer la résistance aux limites des grains, elle provoquera une plus grande fragilité à température ambiante. Le renforcement multi-composantes et multi-échelles peut renforcer efficacement les joints de grains tout en atténuant la baisse de la plasticité. Avec la compréhension plus approfondie des configurations composites fines dans les matériaux structurels biologiques, plus d'attention a été accordée à l'effet des configurations composites "non uniformes" sur le renforcement et le durcissement des composites de la matrice métallique. La configuration composite est plus propice à l'exercer le degré de liberté de la conception composite et l'effet de couplage synergique entre différents composants, afin d'explorer davantage le potentiel de la résistance à la chaleur des TMC. De plus, l'introduction de la phase d'armature en céramique réduit les performances de traitement thermique des TMC, de sorte que la technologie de déformation thermique traditionnelle pour traiter les TMC, le rendement et la stabilité du produit ne sont pas idéaux, ne peuvent pas atteindre la préparation de grands composants complexes et de la production de masse. Les composants formés par une technologie de formation proche nette telle que le forgeage isotherme, la coulée de précision et la fabrication additive n'ont pas besoin d'être traités ou n'ont besoin que d'une petite quantité de traitement, ce qui peut non seulement améliorer le taux d'utilisation des matières premières, mais également résoudre la formation Problèmes de composants complexes, afin qu'ils aient de larges perspectives d'application et attirent l'attention.

Les nouvelles théories de la conception des matériaux telles que le renforcement collaboratif du micro-nano et la conception de la configuration composite fournissent de nouvelles idées de recherche pour améliorer davantage les propriétés complètes des HRTMC. La technologie de formation NET de plus en plus mature offre un nouveau moyen technique de résoudre efficacement le problème difficile de la formation de composants HRTMCS. Dans cet article, les progrès de la recherche et les exemples d'application de HRTMC sont examinés à partir des aspects de la conception et de la préparation de la configuration composite, près de la technologie de traitement de formation nette et des propriétés mécaniques à haute température, ainsi que les problèmes existants, les points de percée clés et la direction de développement futur des HRTMC sont proposé.

Après des années de recherche, de grands progrès ont été réalisés dans la conception, la préparation et le traitement des TMC. Grâce à la régulation ordonnée des paramètres structurels tels que la taille, le type et les caractéristiques de distribution de la phase de renforcement et de la structure matricielle, les propriétés complètes des matériaux ont été améliorées, et les principaux problèmes de préparation et de formation de composants TMCS ont été résolus, Et ils ont été appliqués dans certains domaines clés. Il a produit de bons avantages sociaux et économiques. Afin d'améliorer encore les performances complètes des HRTMC, de promouvoir le développement de la technologie de traitement avancée pour les matériaux composites et de continuer à étendre l'exploration de l'application des matériaux dans l'aérospatiale, le pétrole, l'industrie chimique, les navires et autres domaines, les travaux peuvent être réalisés à partir de les quatre instructions suivantes dans le futur.

(1) TMCS à grande échelle coulant le lingot ou la préparation des billettes de métallurgie en poudre, le tuyau, la tige, la production industrielle de la plaque. Les composants à grande échelle doivent préparer des spécifications plus importantes de la billette de métallurgie de la métallurgie de la matrice de matrice de titane, comment préparer une composition uniforme, une bonne consistance, pas de défauts et une qualité stable du lingot coulé et de la métallurgie de la poudre est le problème clé qui doit être résolu dans le grand -Mécale d'application de TMCS. Sur cette base, la production de tubes, de tiges et de plaques TMCS est réalisée en utilisant des équipements industriels.

(2) Couplage micro-nano et configuration. La résistance aux limites des grains diminue considérablement à haute température. Le renforcement des limites des grains est la clé pour améliorer encore les performances à haute température des HRTMC à l'avenir. Les performances à haute température des HRTMC peuvent être considérablement améliorées par le renforcement des micro / nano et le renforcement de la configuration. Par conséquent, la combinaison du renforcement des micro et des nano-nano-renforces de la configuration devrait améliorer encore les performances à haute température des TMC. En optimisant le type, le contenu, la taille et la distribution spatiale du renforcement dans les matériaux composites, la distribution multi-structure de renforcement multi-composantes et multi-échelles est réalisée, ce qui devient un nouveau moyen de briser le goulot d'étranglement de la résistance à la chaleur des TMC.

(3) Développer une technologie de traitement de formation avancée à proximité avancée. La fabrication additive, la coulée de précision et le formage superplasique isotherme sont trois types de technologie de formation proche nette, qui sont une percée importante pour résoudre la formation de composants complexes HRTMCS. En termes de fabrication additive, la poudre composite a un avantage congénital et le développement d'une nouvelle voie de préparation de procédés de poudre composite pour réduire les coûts de production et raccourcir le cycle de processus est utile pour favoriser le développement de la technologie additive HRTMCS. En termes de coulée de précision, il est nécessaire d'optimiser la composition en alliage de la matrice et le type et le contenu du renforcement, et simuler le processus de coulée de précision TMCS pour optimiser le modèle et le processus de coulée, afin de réduire les défauts de coulée, d'améliorer la fluidité et d'assurer le remplissage et améliorer les propriétés mécaniques des pièces moulées. En termes de formage superplasique isotherme, il est nécessaire de poursuivre des recherches approfondies sur le processus et le mécanisme de formation superplasique des HRTMC, et d'explorer l'influence du renforcement multiple multi-échelles et de sa distribution de configuration sur le mécanisme de déformation superplasique, afin d'atteindre une régulation fine de la structure matricielle et maintenir la distribution de configuration du renforcement et exercer davantage ses avantages dans la préparation de stabilisation de composants complexes de grande taille.

(4) Améliorer le développement de données de performance complètes et des technologies de détection connexes. En plus d'une bonne ténacité à température ambiante et d'une excellente résistance à la température élevée, les HRTMC accordent également plus d'attention aux propriétés de fluage, à la ténacité de fracture et aux propriétés de fatigue, qui sont des indicateurs clés qui doivent être pris en compte lorsque les TMC sont utilisés dans des environnements extrêmes tels que l'aérospatiale. Les effets du renforcement, de la distribution de configuration correspondante et des paramètres de déformation sur les propriétés complètes doivent être considérés pour optimiser la conception, la préparation et le traitement des matériaux composites. Dans le même temps, il est nécessaire de résoudre les principaux problèmes tels que la détection des composites de la matrice de titane et des tests non destructeurs, ce qui a une signification significative pour accélérer l'application de HRTMC.