钛基复合伙料(TMCs)由于卓越的比强度、杰出的耐磨性、低密度以及良好的变形加工能力宽泛利用已于航空航天领域。增长纳米级加强颗？？商岣逿MCs硬度、耐磨性和抗压强度，尤其是碳纳米管(CNTs)作为一种钛基复合伙猜中的加强资料能够有效提高TMCs的机能。但钛基复合伙料在航空领域中多利用于恶劣环境中，这对各类温度环境下资料的靠得住性提出了极高的要求[1-9]。

目前好多学者对球磨法制备CNTs加强的TMCs发展钻研，庄杰[10]选取球磨法制备CNTs/Ti6Al4V复合粉末并使用SLM制备试件，系统钻研了球磨功夫以及激光烧结功率对试件的影响，为SLM成形复杂精密的高机能TMCs提供肯定的理论凭据和技术支持。Liu等[11]选取球磨法制备CNTs-AgCuTi填料，经高温处置后发现CNTs与Ti原位合成的TiC有效增增长了微观结构的分散性，并为CNTs加强TMCs的制备提供一种新的思路。白云官等[12]以钛合金@CNTs粉体为原料，利用放电等离子体烧结(SPS)工艺制备了原位TiC与CNTs加强Ti基复合伙料，发现原位形成的TiC有助于改善复合伙料的纳米硬度与弹性模量。Li等[13]选取冷烧结工艺制备CNTs/TB8试件并对试件进行热处置，发现由于固溶强化和弥散强化作用，试件显微硬度显著提高。

针对温度对TMCs机能的影响，Osborne等[14]钻研高温对TMCs力学机能的影响，发现高温引起TMCs中CNTs长度缩短继而影响TMCs机能。Chen等[15]对TMCs热处置，得到高温热处置提高TMCs屈服强度同时会降低延展性的结论。Wu等[16]选取TRIPLEX步骤对TMCs进行热处置，发现由于αp相含量削减、αs相析出、异形变强化及α2相弥散强化的协同作用显著提高了TMCs高温强度。以上钻研聚焦高温处置对CNTs加强TMCs机能的影响机理，而低温下则侧重于钻研钛合金力学机能变动。Bertolini等[17]通过扭转钛合金资料的低温加工参数并对比分歧试样的断口描摹，证明温度的扭转极大的影响了资料属性。詹奇云等[18]对TC4钛合金发展低温拉伸行为钻研，了局批注温度对钛合金资料的力学机能的影响较为显著，随着拉伸温度降低TC4合金的抗拉强度与屈服强度呈上升趋向。

综上所述，目前短缺对CNTs加强TMCs低温工况下机能的钻研，为系统钻研飞机低温工况对TMCs力学机能的影响，本文选取湿法球磨法制备CNTs/Ti粉末，使用选区激光溶解技术制备试件并在试件老化预处置后(-58℃，20℃至-58℃循环，20℃，600℃)进行拉伸试验钻研。通过对比高和善低温下试件断裂情况，旨在钻研温度对CNTs/Ti试件拉伸机能的影响机制，并总结钛合金复合伙料在经历温度老化处置后其拉伸机能的变动法规，为CNTs/Ti复合伙料制备和利用提供参考。

1、尝试过程

1.1CNTs/Ti粉末的制备

图1是CNTs/Ti混合粉末制备流程示意图。将CNTs粉末参与曲拉通(X-100)在常温下研磨，并对得到的CNTs悬浊液进行机械搅拌。对该悬浊液在200W功率下超声后使用离心理在550W6000r/min的前提下离心，取上层清液。在获得CNTs澄清液参与1.00mol/L稀盐酸溶液并搅拌对溶液进行酸化。将该混合溶液进行压滤，在室温下进行干燥后将CNTs薄膜从滤纸上剥离，剥离后的薄膜放入电热恒温鼓风干燥箱中，在100°C下烘干。最后将烘干的CNTs薄膜放入球磨机中，在500W450r/min的前提下研磨，制备得CNTs粉末。将高精球形钛粉在恒温90°C的前提下烘干1h。冷却后称取五公斤钛粉并按0.3wt‰，0.6wt‰，0.9wt‰的比例别离称取1.5g，3.0g，4.5gCNTs粉末，参与无水乙醇以及催化剂镍。调节球磨机功率500W转速为450r/min，研磨5h，研磨实现后进行干燥，制备得CNTs/Ti粉末。

1.2试件制备

尝试选取SLM技术制备得CNTs含量为(0wt‰，0.3wt‰，0.6wt‰，0.9wt‰)的试件，将成形后的工件放入热时效炉中进行退火处置，解除成形过程中由粉末资料受热不均引发的残存应力，并进行打磨和抛光。试件尺寸和实物图见图2，尺度参考ASTME8/E8M。

1.3力学试验过程

本文所述的拉伸试验基于国军标GJB150A-2009中的试验尺度。将制备好的试件分组，如表1所示。针对飞机起降阶段和巡航阶段别离设置了低温循环和低温两种试验前提，此外设置室温(20℃)和高温(600℃)作为对照试验。通过动态载荷温度环境尝试箱别离进行低温(-58℃)，低温循环(20℃至-58℃)和高温(600℃)衰老预处置，其中低温循环仿照飞机一周内正常起降次数，进行35次温度循环。对四组预处置后试件发展拉伸试验，其中低温循环组预处置试件在室温下拉伸，其余组试件均在对应温度下进行拉伸。尝试选取MTSExceedE45.305电子全能试验机，最大载荷为300KN，拉伸试验应变速度为0.002s-1。为减小无意误差，在统一温度前提下进行四次反复试验，并对了局取均匀值。整个尝试过程中，使用恒温箱维持温度并对温度的持续监控，节制温度颠簸领域不超过3℃。

表 1 试件分组规划

2、试验了局与分析

2.1研磨后CNTs/Ti混合粉末的微观描摹

图3为0.3wt‰的粉末高倍SEM图像。研磨功夫0h(见图3a)，观察到粉末的理论光滑，未见CNTs附着，批注单一的混合方式无法使CNTs有效地粘附到钛金属粉末理论，进而影响其机能和成效。当研磨功夫为5h时(见图3b)，观察到粉末变得冗杂，并且在金属理论上还能够观察到一些暗区，图3d为研磨5h后的放大图，观察到CNTs附着在钛基理论并未产生团圆景象，分析原由于研磨提供的能量足以粉碎CNTs颗粒之间的范德华键。当研磨功夫增长到10h时(见图3c)，能够观察到钛金属粉末越发杂乱，基体粉末显著变形并扁平状态增多，CNTs附着量并未显著增长。批注进一步增长球磨功夫不能增长CNTs的附着度，反而会降低钛基粉末的球形度产生负面影响。图3d为质量分数为0.3wt‰的粉末研磨5h后的放大图，能够清澈地观察到CNTs附着在钛基理论，且未产生团圆景象。

表2为分歧研磨功夫后的复合粉末理论元素含量。EDS了局显示，随着球磨功夫的增长，钛基体粉末理论的C元素含量从3.13at%(0h)显著增长到22.78at%(5h)。球磨5h后，C含量的增长快度显著降低，球磨10h后，C含量的增长快度不变在25.18at%左右。

2.2温度对试件力学机能的影响

图4为分歧温度处置后的试件抗拉强度和延长率柱状图。钛合金复合伙料试件在室温单向拉伸测试中阐发出显著的力学机能各向异性，质量分数为0.6wt‰的试件抗拉强度最高(见图4a)。图4b和4c展示了低温处置和低温循环处置的拉伸试验了局，抗拉强度和延长率的变动趋向与室温下一样，出现先上升后降落的趋向。而高温处置后未增长CNTs的试件抗拉强度最高。

值妥贴心的是，参与CNTs的试件高温前提下拉伸机能急剧降低，分析是由于高温处置时CNTs出现烧结景象，使试件的金属颗粒之间的作使劲降低。而随着CNTs含量的增长，即便高温前提下CNTs部门烧结，内部仍存在部门CNTs与金属粒子之间的作使劲，故质量分数0.9wt‰仍维持较高的抗拉强度。

表 2 分歧研磨功夫粉末理论元素含量

2.3温度对试件拉伸断口的影响

图5展示了室温(20℃)、低温(-58℃)、低温循环(20℃~-58℃)以及高温(600℃)四个分歧温度点下的断口情况。从图中能够显著看出，试样在产生断裂前都存在显著的颈缩阶段，且颈缩的水平与温度有关。在高温前提下，试件的颈缩景象越发显著；；；在低温前提下，试样则会产生集中变形，但变形的水平相较于室温前提下减弱。

这是由于钛原子的活动性在温度较高时会得到加强，因而在受到载荷作用时，试件更易于产生滑移变形，试样内部的浮泛会逐步荟萃并扩大，形成韧窝断口。当裂纹在这些区域扩大时，其蹊径会相对崎岖，亏损大量的能量，从而展示出优良的塑性。然而随着温度的降低，试样在受到载荷作用时，其位错滑移变得难题，导致强度增长。在这种情况下，试样更容易沿着脆弱的晶界面产生断裂，最终导致CNTs/Ti试件产生低能量断裂。

图6为试件断口中心部位b和边缘部位c的高倍SEM图。室温到低温环境，拉伸件的断口一向出现出韧性断裂的特点，断口宏观理论的剪切唇区和纤维区都极度显著。经过低温循环处置后，断口描摹与低温下的描摹相差不大，但剪切唇区显得更为稀松。而在高温前提下，断口处的纤维区更为密集，剪切唇区被拉长，边缘部位则显得更为稀松。

在室温前提下，试样的断口特点显示，除了边缘部门的瞬断区外，中心区域重要阐发为绒状纤维小峰，这些纤维区占据断口的大部门面积。断口中心和边缘的微观状态都出现出典型的尺寸大、深度均匀的韧窝特点，且韧窝尺寸较大、深度均匀，这充分证了然在室温前提下，资料展示出了优良的塑性。当环境为低温时，试件的宏观断口描摹与室温下类似，微观下断口边缘和中心区域韧窝尺寸有所减小，这证了然随着温度的降低，试件的塑性有所降落。经过低温循环处置后，试样宏观断口理论变得较为粗糙，但绒状纤维区依然存在，而微观描摹观察到二次裂纹的出现，同时韧窝的尺寸和深度相较于室温前提都有所减小和变浅，证明试件韧性的降落。在高温前提下，在图中清澈地观察到韧窝特点，并出现大量凹凸状的扯破特点，分析原因在高温前提下，试样产生塑性变形时，CNTs露出在理论产生了烧结景象。此外，舌状凸台根部出现的二次裂纹萌生批注试样在高温下依然维持着肯定的塑性变形能力。

3、结论

(1)选取球磨法制备质量分数为0.3wt‰，0.6wt‰，0.9wt‰的CNTs/Ti粉末，选取SLM技术成型，经过退火解除内应力和后期处置得到CNTs/Ti试件。

(2)在低温前提下，试样的抗拉强度随着CNTs含量而不休增高，当CNTs的含量达到0.6wt‰时，抗拉强度最高，为1390.4MPa，比室温下增长了96.8%，低温循环与低温下的变动趋向一样。高温下，0wt‰的试件抗拉强度最高。

(3)拉伸断口的宏观状态展示出显著的韧性。低温前提下，微观断口存在韧窝，批注试件即便在低温环境中也维持了较高的塑性。高温前提下，拉伸断口有显著的缺点，但仍具备塑性变形的能力。

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（注，原文标题：钛合金与碳纳米复合伙料的制备及力学机能的钻研）

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