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《哈尔滨工程大学》 2010年 硕士论文
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层状陶瓷Ti_3AlC_2的制备及性能研究

王家华  
【摘要】:新型层状材料Ti3AlC2兼有金属和陶瓷的特性,不仅具有与金属同样良好的导电导热性与可加工性,而且与陶瓷材料类似,具有良好的力学性能及优良的耐腐蚀性能。本研究以Ti、Al、石墨和TiC为原料,以Si作为添加剂,采用热压烧结的方法制备致密的Ti3AlC2材料,通过对Ti3AlC2相组成、力学性能、显微结构及电化学腐蚀性能的研究,建立材料组成、结构、性能及应用之间的关系,为Ti3AlC2材料的制备及在船舶、海洋开发领域耐腐蚀结构件的应用奠定基础。 研究中采用真空热压烧结工艺,在1200-1400℃,30MPa压力下,制备了摩尔比分别为3Ti/1.1Al/2C/0.2S、2TiC/1Ti/1.lAl/0.2Si两个组成体系的Ti3AlC2块体材料,通过对其力学性能及相组成、显微结构分析,确定了2TiC/1Ti/1.lAl/0.2Si材料体系的性能优于3Ti/1.1Al/2C/0.2Si材料体系。 以2TiC/1Ti/1.1Al/0.2Si为原料的最佳真空热压烧结工艺为:温度1300℃,真空度6.67x10-3pa,升温速率15℃/min,压力30MPa,保温时间1.5h。在此条件下制备的Ti3AlC2块体材料的X射线衍射峰与标准Ti3AlC2衍射峰高度吻合,呈层状结构。力学性能测试结果表明所制备的Ti3AlC2块体材料的弯曲强度、断裂韧性、压缩强度和维氏硬度分别为445.6MPa、6.13MPa-m1/2、1256MPa和4.0-5.5GPa之间。 利用动电位极化曲线(CV)结合扫描电镜观察方法,研究了Ti3AlC2块体材料在3.5wt.%的NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。研究发现,Ti3AlC2块体材料在电化学腐蚀后表面没有明显腐蚀坑。3Ti/1.1Al/2C/0.2Si材料体系在1400℃获得的Ti3AlC2块体材料在3.5wt.%NaCl溶液中的维钝电流密度(为2.197x10-5A·cm-2)最小;维钝电流密度最稳定,耐腐蚀性能最好。


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