添加碳纳米管的钛合金复合材料开发

 碳纳米管(CNT)作为一维纳米材料，其高模量、高强度及综合性能是复合材料的理想增强体。利用CNT为增强体制备钛基复合材料，探索新的CNT增强钛基复合材料的制备工艺并研究其对材料性能的影响，对改善钛合金性能和拓展钛合金应用领域，都具有重要的理论意义和实用价值。 日本学者滝澤秀一等人研究了在钛合金中添加碳纳米管(CNT)的制造技术。通过在代表性的钛合金Ti-6Al-4V及SP700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe)中均一微细分散地添加碳纳米管(添加量＜1%，质量分数)及其相应的后续制造技术，使合金的强度、延性、刚性大幅度改善。 开发的基础技术包括：①抑制CNT与钛反应的CNT的涂层技术；②涂层CNT与钛合金粉末的混合技术；③粉末混合物的烧结技术；④烧结体的塑性加工技术；⑤改善性能和加工热处理及热处理技术；⑥在高尔夫球杆头部击球面上的应用及表面的电子束处理。 为了防止CNT与钛合金在高温下发生反应，开发了CNT表面的Si涂层形成工艺技术。通过对混合装置旋转轴速度冷却水温等的优化，改善了混粉过程中CNT的凝聚及Ti粉的凝固等问题。用放电等离子烧结法，可在短时间内实现烧结。塑性加工采用适宜条件下的热锻工艺方法。热加工后分别研究了两种合金的热处理工艺，Ti-6Al-4V合金采用950℃的模压淬火，480℃时效处理，而SP-700钛合金采用870℃的模压淬火，450℃时效处理。热处理后两种合金均可获良好的力学性能。 用添加碳纳米管的钛合金复合材料试制了高尔夫球杆击球面。对该表面进行电子束处理，提高了击球面的表面质感及耐久性。 所开发的生产技术大大提高了钛合金的强度、延性和弹性模量等各种性能及各性能之间的匹配，可望扩大钛合金在汽车发动机部件等运动部件上的应用。