钽颗粒增韧TiAl基复合材料的制备及其强韧化机制研究

本文推荐：该研究通过快速热压烧结(FHP)制备钽(Ta)颗粒增强TiAl基复合材料，揭示界面反应区形成三明治结构(α2/γ/B2)，3wt.%Ta样品断裂韧性达12.1MPa·m1/2（提升20.3%）。创新性提出"Ta颗粒塑性变形→界面解离→硬质相阻裂"的协同增韧机制，为航空航天用高温结构材料设计提供实验依据。

　　

Highlight

钽颗粒增韧TiAl复合材料的断裂韧性表现显著优于纯TiAl合金。随着Ta含量增加，韧性呈现先升后降趋势，其中3wt.%Ta添加量的复合材料展现出峰值断裂韧性12.1MPa·m^1/2，较基体合金提升20.3%。

Formation mechanism of Ta/TiAl interface

在FHP烧结过程中，Ta颗粒与TiAl基体界面处发生原子互扩散，形成α₂（Ti₃Al）、γ（TiAl）和B2（Ta-rich）三明治结构反应层。热力学分析表明，界面相变遵循TiAl侧"γ→α₂→B2"和Ta侧"β(Ta)→B2"的序列演化规律。

Conclusions

1. 1.

   最佳增韧效果出现在3wt.%Ta含量，过量Ta会导致脆性B2相增多；

2. 2.

   主要增韧机制为Ta颗粒塑性变形与界面解离的协同作用；

3. 3.

   硬质α₂相和B2相通过裂纹偏转和分支效应进一步提升韧性。该研究为开发新一代航空发动机叶片材料提供了界面调控的理论基础。