钛基复合材料制备方法及性能研究进展_谷树德.pdf

由于具有低密度和优异的室温、高温性能，钛基复合材料在航空航天、汽车等领域已被广泛应用。本研究综述了非连续型钛基复合材料常用制备方法、热加工工艺以及主要性能，并总结了目前钛基复合材料制备存在的主要问题和解决方法，最后展望了钛基复合材料的研究和应用发展方向。关键词:钛基复合材料;制备;力学性能;组织中图分类号:TB33文献标识码:Aesearch Progress in Preparation Methods and Properties ofTitanium Matrix CompositesGU Shude(Dalian University of Technology，Dalian 116000，China)Abstract:Titanium matrix composites have been widely used in aerospace，automotive and other fields due to their low densityand excellent room and high temperature properties Here are reviewed the common preparation methods，hot working processesand main properties of discontinuous titanium matrix composites，and are summarized the main problems and solutions in thepreparation of titanium matrix composites Finally，the future development of research and application of titanium matrix compos-ites is pointed outKeywords:titanium matrix composites;preparation;mechanical properties;microstructure收稿日期:20220606作者简介:谷树德，男，2001 年生，主要从事金属材料工程研发。Email:2016971543 qqcom引用格式:谷树德 钛基复合材料制备方法及性能研究进展 J 材料开发与应用，2023，38(1):8597GU S D esearch progress in preparation methods and properties of titanium matrix compositesJ Developmentand Application of Materials，2023，38(1):8597钛合金具有密度小、较高的比强度、优异耐腐蚀性等特点，已经被广泛应用于航空航天、船舶、汽车、石油化工和生物等领域。近年来，随着装备的设计改进对更高强度、高韧性和耐高温等特殊性能的钛合金材料需求的增加，传统钛合金已经难以满足新的设计要求，需要钛合金材料性能进一步提升。钛基复合材料是通过将增强体和钛基体进行复合，使其既具有增强体的高强度、耐磨等功能性，又具有钛基体材料的低密度、耐热性的特点，从而得到一种综合性能优异的材料，是满足特殊性能钛合金材料需求的重要发展方向。钛基复合材料通常包括连续增强型和非连续增强型两类，其中，非连续增强型由于其各向同性以及可以兼容后续的热挤出、轧制、锻造等热加工工艺受到了广泛的关注。增强相是影响复合材料性能的关键因素。常用的增强相包括:Al2O31、SiC2、石墨烯35、碳纳米管6、TiC7、58DOI:10.19515/ki.1003-1545.2023.01.009材料开发与应用2023 年 2 月TiB811、Nb2O312、La2O313 等。增强相的加入通常起到的作用为:增加强度14、增加韧性15、增加耐磨性1618，增加抗蠕变性能19、提高耐高温性能2021 等，少部分用来增加导热性22。钛基复合材料的制备方法有粉末冶金法、熔铸法、高温自蔓延法、激光增材制造、搅拌摩擦加工等，不同的制备方法得到的材料的组织和性能各有不同。另外，为了对钛基复合材料的组织进行进一步调整，通常会进行轧制2324、锻造25、挤压26、等通道转角挤压27 等，调整材料的组织和性能。本研究对钛基复合材料的制备、热加工方法及性能的最新研究进展进行了综述，分析了其中存在的主要问题并对钛基复合材料的发展趋势进行了展望。1钛基复合材料的制备方法钛基复合材料依据增强相的加入方式的不同，可以分为原位自生法和外加法两种。由于原位自生法可以保证增强相和界面的良好结合，减少外加污染等问题，是目前的研究重点。11粉末冶金法粉末冶金法是制备金属基复合材料的常用方法，通常包括粉末的制备、增强体与基体粉末的混合、成型、烧结等步骤。图 1 为一种使用粉末冶金方法制备 TiC/GTC4 复合材料的工艺过程步骤示意图。表 1 列出了钛基复合材料的制备方法、工艺和性能。图 13D 网络结构的 TiC/GTC4 复合材料的制备过程示意图28 Fig 1Schematic diagram of the preparation process of TiC/GTC4 composites with 3D network structure表 1钛基复合材料的制备方法、工艺和性能表Table 1Preparation method，process and performance table of titanium matrix composite成分制备工艺烧结工艺屈服强度/MPa抗拉强度/MPa延伸率/%G+TiC+TC428 3D 球 磨 混 合+SPS烧结60 MPa，9001 050，5 min7759168681 03313222903%(w)Graphene nanoplates(GNPs)+Ti3Al3Zr1Mo29 超声混合+机械搅拌+真空干燥+SPS 烧结60 MPa，1 000，6 min75782021512%()GNPs+Ti6Al4V18 行星球磨+热等静压烧结+热挤出150 MPa，700，2 h9911 0071505%(w)GNFs+Ti6Al4VV 型混料机混合+热等静压烧结+970 锻造+热处理150 MPa，700，2 h1 0211 05893TiB+Ti6Al4V30 行星球磨+热压烧结1 3001 500，60 min810900(抗弯强度)5%12%()TiBw+Ti6Al4V31 行星球磨+热压烧结20 MPa，1 200，60 min1015(500700)05%10%(w)MWCNTs+Ti32 高能球磨+SPS 烧结50 MPa，800，5 min899(压缩强度)2703%(w)GrapheneTi33 行星球磨+压型+微波烧结1 350，2 kW，15 min1 595(压缩强度)68第 38 卷第 1 期谷树德:钛基复合材料制备方法及性能研究进展常见的粉末制备方法有:氢化脱氢法、气雾化法和旋转电极法等。为了平衡生坯的压制强度和杂质含量，研究者会使用两种粉末按照一定比例混合使用，Hayata34 使用不规则的氢化脱氢粉和球形的气雾化粉按照 50 50 的比例进行混合，之后添加 Si3N4和 TiB2进行复合制备钛基复合材料，如图 234 所示，气雾化粉通常是呈球形，不易压制成生坯，间隙元素含量较低(见图 2(a);氢化脱氢法制备的钛粉呈现不规则形状，有利于压制成生坯，但间隙元素如 O 含量一般较高(见图 2(b)。此外，粉末与增强相的粒径配比也很关键，直接决定钛基复合材料微观组织构型。Huang31 等人提出了一种网络状 TiB 的钛基复合材料组织(见图3)，由晶界处的 TiBwrich区和基体晶粒的 TiBwlean 区组成，为了实现这种结构，需要使用较粗大的粒径 200 m 的 Ti6Al4V 粉末和较细的粒径 3 m 的 TiB2粉末进行复合，从而生成晶界的网络状 TiB 结构。图 2钛基复合材料粉末微观形貌34 Fig 2Micromorphology of titanium matrix composite powder图 3网络状 TiB 组织的 TiBw/Ti6Al4V 复合材料31 Fig 3TiBw/Ti6Al4V composites with networklike TiB structures78材料开发与应用2023 年 2 月增强体与基体粉末的混合均匀性一直是金属基复合材料的研究热点和难点，因为增强体与金属粉末的润湿性差、难混匀，而粉末混合均匀性直接影响烧结后材料的组织均匀性和性能稳定性。为了提高增强相在钛基体粉末中的均匀性，通常使用的方法有湿法球磨29、高能球磨、振动球磨35、增加过程控制剂、表面改性等方法。Cao18 等人制备石墨烯增强的 TC4 复合材料混合工艺为:先使用石墨烯与酒精混合，再超声振动 40 min，随后加入 Ti 合金粉末以 500 r/min 的转速混合，得到 Ti 和石墨烯的悬浮液，之后在 60 水浴下搅拌 05 h，之后干燥。以上制备的粉末通过 HIP 烧结得到的材料组织均匀，密度接近完全致密。Lu29 采用类似的湿法球磨工艺制备石墨烯和 Ti3Al3Zr1Mo 的复合材料，最终制得的材料组织均匀，缺陷极少。由于增强相通常为无机材料，与金属颗粒表面斥力较大，因此，有学者提出使用在无机材料表面镀金属层，如电镀 Ni 的方法，降低其和金属的排斥力，促进分散均匀。Ge36 使用电沉积方法在 GNFs表面沉积 Ni 形成 NiGNFs，之后分散于酒精中，超声分散之后与 Ti 粉和酒精制成浆料进行球磨，再对浆料真空干燥后使用 SPS 烧结制备 NiGNF/Ti 复合材料(工艺步骤见图 4)。由于 Ni 的加入，改善了 GNFs 的分散性，也减小了与 Ti 粉的斥力，最终复合材料组织均匀、致密，消除了团聚体，材料的强度较纯钛强度提高了 301%(见图 5)。另外，为了改善分散性，较多学者采用了增加过程控制剂(PCA)的方法，常见的有酒精、四氯化碳、石墨、硬脂酸等。Munir33 使用05%(w)硬脂酸作为过程控制剂，制备了 MWCNTs/Ti复合材料。具体步骤为:先将 Ti 粉与硬脂酸混合球磨，再将 MWCNTs 分散在酒精中超声，最后将 Ti 粉和分散好的 MWCNTs 混合、干燥后制得混合粉。过程控制剂硬脂酸的作用是避免粉末球磨过程中的冷焊和降低粉末的表面自由能，促进 MWCNTs 在混合粉中的分散性。Munir37 发现经过预先超声分散处理的 CNTs/Ti 粉末在相同工艺下，其分散性能明显提高。图 4NiGNFs/Ti 复合材料的制备工艺过程36 Fig 4Preparation process of NiGNFs/Ti composites图 5GNFs/Ti，NiGNFs/Ti 和纯 Ti 的应力应变曲线36 Fig 5Stressstrain curves for GNFs/Ti，NiGNFs/Ti and pure Ti粉末的成型方法包括模压法、冷等静压法以及注射成型法(MIM)等。模压和冷等静压是使用较多的方法，样品形状通常较为简单。注射成型38 是将粉末和黏结剂通过混炼混合之后注射进模具，从而形成一定的形状，通常用于制备复杂形状的钛基复合材料，目前已经应用于医用钛合金材料领域。王家惠等39 研究了 Ti6AI4V装载量及流变特性，发现加入 70%PW+25%LDPE+5%SA(w)的黏结剂系时，确定了最佳粉末体积占比分数范围为 65%70%。目前，对于注射成型钛基复合材料的研究主要集中在黏结剂的配比选择、混炼工艺优化、脱脂工艺研究、烧结和性能研究等。88第 38 卷第 1 期谷树德:钛基复合材料制备方法及性能研究进展粉末冶金常用的烧结工艺包括:SPS 烧结2829，32、热 压 烧 结4042、热 等 静 压 烧 结(HIP)5、真空烧结以及微波烧结33 等。放电等离子烧结是利用直流脉冲电流直接通电烧结的加压方法，通过调节电流大小来控制升温速率和温度，具有升温快、时间短、晶粒均匀等特点。冯海波等42 采用 SPS 法制备了 TiB 增强的钛基复合材料，与热压法制备的材料相对比发现，SPS工艺可提高材料的致密度、弯曲强度以及断裂韧性。SPS 烧结的温度范围普遍在 700 1 200之间，根据成分和压力等工艺改变。SPS 的主要缺点在于，受到模具限制，烧结的样品一般尺寸较小，形状简单。HIP 的特点在于可以烧结相对大尺寸的试样，温度均匀性好，但是烧结时间较长。Hu 等43 使用 HIP 方法烧结了 TiC/Ti6Al4V 复合材料，烧结温度为 900 和 950，压强为 100 MPa，烧结时间为 4 h。Cao5 使用HIP 方法烧结了石墨烯增强的 Ti6Al4V 复合材料，烧结温度为 700，压强为 150 MPa，并在970 下进行恒温锻造。最终 05%GNFs/Ti6Al4V 材料的屈服强度高达 1 021 MPa，抗拉强度高达 1 058 MPa，伸长率为 93%，与未复合的材料伸长率相当。有研究者采用真空热压和热锻工艺制造了原位 TiB 和 TiC 增强的层状钛基复合材料，真空热压烧结温度 1 200，压强为 35MPa，时间为30 min，最终制备的复合材料的抗拉强度达 773 MPa，伸长率为 121%，综合力学性能表现优异。采用热压法的烧结温度一般较 SPS和 HIP 法的略高，与材料性能与成分等因素关系较大。真空烧结也是比较常用的一种烧结方法，可以烧结较大尺寸的坯体，但是烧结后容易存在较多气孔、密度不均匀等缺陷，需要结合热挤压、轧制或锻造等热加工消除气孔等缺陷。12熔铸法熔铸法是在熔融金属中加入碳、硼等元素，在高温下原位生成颗粒增强相，此方法简单、经济、灵活，适合批量生产。哈尔滨工业大学曾松岩课题组采用该方法，制备了 TiC/Ti3Al44、TiB/Ti6Al45、TiC/Ti6Al 与(TiC+TiB)/Ti6Al46 等多种钛基复合材料。上海交通大学的吕维洁等制 备 了 TiB/Ti、TiC/Ti4748、(TiB+TiC)/Ti49、(TiB+Al2O3)/Ti50 混杂增强的钛基复合材料。耿珂等51 通过加入稀土元素，制备出由TiB 与 Nd2O3共同增强的钛基复合材料，通过研究发现添加稀土能提高复合材料性能。13自蔓延法自蔓延法的主要原理是通过高温下反应物自身的放热反应来维持混合反应体系，进而合成增强相来制备复合材料52。自蔓延技术工艺简单、生产周期短、反应迅速，但是反应温度高、控制难度大、气孔率高，还需结合热挤压或热等静压 等 方 法 进 行 二 次 加 工 压 实 以 消 除 缺 陷。Yamamoto53 等人将该方法与准热等静压工艺相结合，得到了接近理论密度的 TiB 增强的钛基复合材料，并且具备优异的力学性能。Zhang 等54 也采用该方法制备 TiB 增强钛基复合材料。14激光增材制造激光增材制造，又叫 3D 打印技术或激光选区融化技术，是通过层层堆积的方法将材料的制造和构件设计集中于一体的技术，通常可以制造多功能、多组分以及功能分级的材料。采用 SLM技术可避免常规制备方法的缺陷，同时有利于细化复合材料的组织结构，减少传统制备方法的二次加 工。该 技 术 目 前 是 新 的 研 究 热 点。Traxel55 使用激光增材技术制备了 Ti/B4C+BN复合材料并研究了其微观组织、耐磨性和高温下的氧化性能，发现 B4C 和 BN 混合增强的 Ti 基复合材料强度和耐磨性得到提升(如图 6 所示)。Yan56 使用激光选区融化技术制备了 05%(w)GNSs/Ti6Al4V 复合材料(如图 7 所示)，组织中呈现出较多的柱状初生 相，从 IPF 上可以看到，从顶层和 ZY 视角，片层倾向于沿(0110)和(0001)生长。激光选区融化技术制备的 GNSs/Ti6Al4V 复合材料组织中容易存在一些闭气孔、裂纹和 GNSs 团聚体。最终的 05%GNSs/Ti6Al4V 复合材料屈服强度高达 1 512MPa，几乎是 SPS 方法制备的复合材料屈服强度的 2 倍，但是塑韧性下降极为明显，其伸长率仅为 13%。98材料开发与应用2023 年 2 月图 6激光增材制造钛基复合材料的示意图、实物图以及高温氧化性能结果55 Fig 6Schematic，physical drawing and hightemperature oxidation performance results of laser additivemanufacturing titanium matrix composites图 7激光选区融化制备的 GNSs/Ti64 复合材料56 Fig 7GNSs/Ti64 composites prepared by laser selective meltingWang57 采用激光选区融化沉积技术制备了TiC 含量从 5%30%的 Ti6Al4V 复合材料(如图 8 所示)，并研究了其组织结构和拉伸性能。结果表明，用该方法可以避免裂纹、气孔和其他缺陷的产生。在所有的组织中均发现了较多未融化的 TiC 颗粒，并且 TiC 含量为 5%15%时，在组织中呈现均匀分布;当 TiC 含量为 20%30%时，TiC 倾向于聚集形成团聚体。5%TiC/Ti6Al4V 的抗拉强度高达 1 220 MPa，与纯 Ti6Al4V 相比提高了 123%。15其他制备技术其他的钛基复合材料制备技术如搅拌摩擦焊58 等使用的较少，一般适用于材料的连接。2钛基复合材料的加工在制备钛基复合材料之后，往往还需要对材09第 38 卷第 1 期谷树德:钛基复合材料制备方法及性能研究进展料进行热加工，比如热轧、锻造或者挤压等，通过热加工进行组织优化，从而达到强度和塑韧性的匹配。Mu 等59 使用 SPS 加热轧工艺制备了低含量(w)石墨烯(0025%，005%和 01%)增强的钛基复合材料，使用 SPS 烧结并结合热轧制备的Ti/MLG 复合材料(具体工艺及热轧后 Ti/MLG的 3D 组织 SEM 图见图9)，最终材料强度明显提高，屈服强度提高至 2 GPa，硬度和弹性模量分别提升 96%和 16%。有研究者对 SPS 烧结后的材料进行热处理，温度 950，保温 30 min，随后进行变形量 55%的变形，然后在 550 600 下退火，获得层状结构 Ti/(TiB+TiC)/Ti 复合材料。图 8激光熔化沉积过程示意图及沉积后的试样实物图57 Fig 8Schematic diagram of laser melting depositionprocess and physical diagram of the sample after deposition图 9Ti/MLG 的制备流程示意图及热轧后 Ti/MLG 的 3D组织 SEM 图59 Fig 9Schematic diagram of the preparation process ofTi/MLG and 3D microstructure SEM diagram ofTi/MLG after hot rolling曹洪川60 对石墨烯增强钛基复合材料在919 下进行轧制，10 个道次，总变形量为 80%。从图 10 可以看出，平均晶粒尺寸由轧制前的 15m 左右(见图 10(a)下降到轧制后 5 m 左右(见图 10(b);通过 EBSD 观察，轧制后的晶粒细化效果明显(图 10(c)为轧制前复合材料的EBSD 结构图，图 10(d)为轧制后复合材料的EBSD 结构图)。03%(w)GNPs 钛基复合材料的抗拉强度最高到 1 206 MPa，断后伸长率可达到 28%左右，强塑性能优异。Zhen61 使用 HIP 法在 150 MPa、700 条件下烧结制备了 05%(w)MLG/Ti6Al4V 复合材料，并配合后续的 970 恒温锻造，最终材料的强度得到明显的提高，但塑性并未下降。19材料开发与应用2023 年 2 月图 10石墨烯增强钛基复合材料加工前后晶粒图及 EBSD 图60 Fig 10Grain diagram and EBSD diagram of graphenereinforced titanium matrix composites before and after processing3钛基复合材料的性能目前钛基复合材料主要被应用于航空航天领域，美国和日本等均已经在关键的航空航天零部件中使用钛基复合材料。日本还尝试在汽车工业、电池等领域应用钛基复合材料。例如，日本住友金属工业株式会社通过原位合成的方式制备了具有优秀力学与抗腐蚀性能的 TiC/Ti57Al35V110Cr 复合材料，并广泛地用于制造海水水泵轴承等。根据应用环境的不同，目前研究较多的钛基复合材料的性能包括:力学性能、高温性能、耐磨性、抗蠕变等性能。31力学性能增强相由于具有较高的硬度和弹性模量，另外引入的弥散强化和细晶强化作用通常能够对材料力学性能的提高起到最直接的作用，因而受到较多的关注。Pan62 使用选区激光融化技术制备了 TiB增强的 Ti 基复合材料，材料的抗拉强度达到 851MPa，伸长率达到 102%，提供了一种纳米超细TiB 晶须增强的材料，并且保证了提高强度的同时，保持合理的塑韧性。Otte63 提出了一种低成本的 TiB 增强的 钛基复合材料，TiB 纳米晶须是通过 Ti 和 BN 纳米粉末的原位反应生成的，复合材料的硬度高达104 GPa，弹性模量高达 165 GPa，相比于未增强材料的提高了 304%和 170%，这将极大提高其耐磨性，有利于其应用于骨科植入体。Wei64 使用热压烧结法制备了氧化石墨烯和碳纳米管共掺杂的钛基复合材料，氧化石墨烯和碳纳米管的比例为 5 1 时，最终材料的硬度和屈服强度高达 7715 HV 和 1 3871 MPa，相比于纯钛的提高了 150%和 745 MPa。Hu65 使用激光烧结的方法制备了 1%、25%和 5%(w)单层氧化石墨烯增强的钛基复合材料，材料的杨氏模量和维氏硬度均得到明显的提高。Liu66 制备了不同氧化石墨烯添加量的钛基复合材料，其中当氧化石墨烯含量为 25%(w)时，材料的屈服最高，为 1 294 MPa，比纯钛高627%。但是继续增加氧化石墨烯的含量会导致团聚体的生成，从而降低屈服强度。由此可见，增强相可以明显地提高钛基复合材料的强度、硬度，但可能会导致塑性的下降。因此，较多研究致力于达到强度和塑性的平衡，也提出了一些新的材料设计思路。Huang67 提出了通过控制增强相的分布来实现钛基复合材料的韧性、变形能力和高温强度同步提高的目的。图 1168 为复合材料 4 种典型的增强相分布控制示意图，典型组织由增强相富集区和增强相贫瘠区组成。增强相贫瘠区为位错的增殖和运动提供充足空间，从而提高韧性。增强相富集区则增加了位错运动的阻力，从而提高强度。另外，也有一些研究观点认为通过使用不同增强相29第 38 卷第 1 期谷树德:钛基复合材料制备方法及性能研究进展结合，发挥不同增强相各自的优势，实现韧性的提高。Liu69 制备的(TiC+Ti3SiC2+Ti5Si3)/Ti6Al4V 复合材料呈现出良好的强度和韧性的结合，当增强相含量为 5%()时，材料的抗拉强度高达 1 171 MPa，伸长率为 53%。图 114 种复合材料组织调控的示意图68 Fig 11Schematic diagram of the microstructure regulation of four composite materials32高温性能钛基复合材料的一个主要应用领域为高温钛合金领域，因此，其高温性能，尤其是高温力学性能也是研究较多的。图 1269 为钛基材料与传统金属材料的强度温度分布图，由图 12 可知，钛基复合材料可以在 500800 范围内保持 100MPa 以上的强度，远高于传统钛合金的应用温度范围。图 12钛基复合材料的高温力学性能与其他材料对比图69 Fig 12Comparison of hightemperature mechanical properties of titanium matrix composites with other materialsYang70 研究了(TiB+TiC+Y2O3)/Ti 复合材料在 650 和 700 下的拉伸性能，发现屈服强度分别高达 728 MPa 和 624 MPa，与同工艺下的基体材料相比分别提高了 30 MPa 和 60 MPa。Imayev71 使用熔铸法制备了 TiB/VT18U 复合材料，在室温下的抗拉强度和伸长率分别为 1 240MPa 和 7%，在锻造和热处理后，600 和 700 下抗拉强度分别为 740 MPa 和 500 MPa。挤出的 TiB/Ti60 复合材料在 600 和 700 下的高温抗拉强度分别为 1 000 MPa 和 800 MPa72。而 TiBw/TA15 复合材料在固溶和时效处理后，抗拉强度分别提高至 800 MPa(600)和 500 MPa(700)。因此，钛基复合材料在高温下的抗拉强度仍然保持在较高的水平，有利于其在高温环境下的使用33耐磨性能对于在航空航天和汽车领域应用的钛基复合材料，耐磨性是一项重要的性能。增强相通常为陶瓷材料，例如 TiC，TiB 等，可以解决 Ti 合金的耐磨性差的问题。在对 Ti6Al4V 和 TiBw/Ti6Al4V 复合材料涂层的耐磨性对比中73，研究者发现，合金的表面存在明显平行的沟槽和摩擦碎屑，而复合材料涂层的表面沟槽尺寸由于 TiB 存在而减小。Kim74 等人研究了 TiB+TiC 增强的 Ti 基复合材料，并总结出 20%的添加量是提高摩擦性能的最39材料开发与应用2023 年 2 月佳量，且随着 B4C 质量分数从 0 增至 376%，摩擦体积损失从 058 降至 015，耐磨性大大提高。An75 等人制备了网络状的 TiBw/Ti6Al4V 复合材料，发现 TiBw 网络作为障碍墙从而可以阻止磨损。并且，耐磨性与 TiBw 的含量和网络尺寸大小有关，85%()的 TiBw 和 60 m 的网络尺寸表现出最佳的耐磨性。34其他性能航空发动机也较多应用钛合金，针对该设备而言，材料在高应力下的疲劳行为是一个极为关键的设计指标。钛基复合材料的损伤机制包括:纤维断裂、基体裂纹、增强相和基体的脱附。颗粒增强的钛基复合材料的疲劳性能主要取决于增强相颗粒的体积分数。根据文献 76，随着增强相颗粒质量分数增多，SN 曲线转向更高应力幅值并且在高的疲劳周次下接近水平。另外一项研究表明77，TiBw/Ti 和 TiCp/Ti 复合材料的疲劳寿命低于 Ti6Al4V 合金的。并且，TiCp/Ti 抗疲劳开裂的能力低于 Ti 6Al 4V 的，而TiBw/Ti 抗疲劳开裂能力高于 Ti6Al4V 合金的。Tjong78 也证实了陶瓷增强相可以导致高周疲劳的提升而降低低周疲劳行为。可见，复合材料的疲劳行为较为复杂，其具体的机制仍需要进一步深入研究。蠕变行为是高温结构件一项重要考核指标，也是结构设计者使用钛基复合材料时最关心的问题。蠕变通常包括 3 个阶段:初始阶段，稳态阶段和第三阶段。其中，稳态阶段是最重要的，因为这个阶段产生蠕变变形。影响复合材料蠕变的因素很多，包括:增强体的强度、成分、分布、基体的蠕变行为、界面、残余应力和环境因素等。Imayev71 研究了原位 TiB+TiC 增强的 VT18U 复合材料，在600，300 MPa 下蠕变断裂时间超过50 h，较细的和离散分布的 TiB 晶须对提高复合材料的抗蠕变性是有利的。Wang79 的研究表明，TiBw/Ti6Al4V 复合材料的蠕变抗性会随着 TiBw 网络的形成而显著增加，主要是由于TiBw 网络可以限制 Ti6Al4V 合金的变形，从而降低蠕变速率。钛基复合材料的蠕变抗力可以通过控制基体内增强体的体积分数和分布来提高。4结语对于不进行二次热加工的钛基复合材料而言，多层结构和多尺度的组织结构设计是一条有效地调控强度和塑韧性匹配的策略。增强相的种类和含量的选择对钛基复合材料的性能提升是非常关键的。新的材料制备工艺，如增材制造在制备钛基复合材料方面的应用也受到越来越多的关注，这方面也应该对材料从设计到应用进行更多的研究。另外，材料计算方法，如第一性原理和有限元分析等手段也应该在钛基复合材料领域进行更多的研究，从而为复合材料的变形预测、机理机制解释和指导试验提供支撑。除了目前的航空航天、汽车和医疗领域的应用研究，对钛基复合材料应增加针对石油、化工、海洋工程等领域的应用研究，扩大其应用领域和范围。参考文献:1 SHAFIEIZAGHANI A，KASHANIBOZOG S F，GELICH A P Strengthening analyses and mechanicalassessment of Ti/Al2O3nanocomposites produced byfriction stir processing J Materials Science and Engi-neering:A，2015，631:7585 2 POLETTI C，BALOG M，SCHUBET T，et al Pro-duction of titanium matrix composites reinforced withSiC particles J Composites Science and Technolo-gy，2008，68(9):21712177 3 YAN Q，CHEN B，LI J S Superhighstrength gra-phene/titanium compositesfabricatedbyselectivelaser melting J Carbon，2021，174:451462 4LIU J Q，HUN，LIU X Y，etal Microstructure andmechanical properties of graphene oxidereinforced ti-tanium matrix composites synthesized by hotpressedsintering J Nanoscale esLett，2019，14(1):114 5CAO Z，WANG X D，LI J L，et al einforcementwith graphene nanoflakes in titanium matrix compositesJ Journal of Alloys and Compounds，2017，696:498502 6 刘经奇纳米碳增强钛基复合材料的制备与性能研究 D 重庆:重庆大学，2019 7 雷力明，黄光法，王方秋，等 基体组织对 TiC/Ti6Al4V 复合材料断裂韧性的影响J 金属热处理，2014，439(9):10010349第 38 卷第 1 期谷树德:钛基复合材料制备方法及性能研究进展 8 GENG K，LU W J，YANG Z F，et al In situ prepa-ration of titanium matrix composites reinforced by TiBand Nd2O3J Materials Letters，2003，57(24 25):40544057 9 孙曙宇，吕维洁 增强体含量对原位合成钛基复合材料微观组织及力学性能的影响 J 稀有金属材料与工程，2020，49(2):398403 10 来晓君，邱培坤，吕维洁，等(TiB+La2O3)/IMI834 钛基复合材料超塑性变形行为及显微组织演变 J 机械工程材料，2020，44(8):3237 11 TABIZI G S，BABAKHANI A，SAJJADI S A，et alMicrostructural aspects of in situ TiB reinforced Ti6Al4V composite processed by spark plasma sintering J Transactions of Nonferrous Metals Society ofChina，2015，25(5):14601467 12 YANG Z F，LU W J，QIN J N，et al Microstructureand tensile properties of in situ synthesized(TiC+TiB+Nd2O3)/Ti alloy composites at elevated temper atureJ Materials Science and Engineering:A，2006，425(12):185191 13 郭相龙 变形量对(TiB+La2O3)/Ti 复合材料组织结构及力学性能影响的研究D 上海:上海交通大学，2013 14HUANG G F，WANG J H，WANG Q，et al Micro-structures and mechanical properties of hot indirect ex-truded in situ(TiB+TiC)/Ti6Al4V composites:effect of extrusion temperatureJ Materials Scienceand Engineering:A，2021，811:140988 15 WANG S，HUANG L J，ZHANG，et al Enhancing ductility of titanium matrix composites by multimo-dal grainsJ Scripta Materialia，2019，170:161165 16 KIM J S，LEE K M，CHO D H，et al Fretting wearcharacteristics of titanium matrix composites reinforcedby titanium boride and titanium carbide particulates J Wear，2013，301(12):562568 17 AN Q，HUANG L J，JIANG S，et al Wear rate of ti-tanium matrix composite coating at high temperaturefurther increased by nonstoichiometric TixC oxidationJ Ceramics International，2020，46(6):80688074 18 CAO Z，LI J L，ZHANG H P，et al Mechanical andtribological properties of graphene nanoplateletsrein-forced titanium composites fabricated by powder met-allurgy J Journal of Iron and Steel esearch Inter-national，2020，27(11):13571362 19 BABOZAMJ，PEEZ E A C，MEDEIOS M M，et al Creep behavior of Ti6Al4V and a comparisonwith titanium matrix composites J Materials Sciencea