题目：激光熔化沉积(TiB+TiC)/TA15显微组织与力学性能

钛基复合材料的比强度、比模量高，具有优异的高温性能，是未来高温结构材料的重要发展方向之一。然而制造成本高、零件成形困难等问题严重影响了钛基复合材料的推广和应用。因此，开发高效、低成本的制备方法和成形工艺一直是钛基复合材料研究领域的重点问题，各国都在不断的探索新工艺和新方法。激光熔化沉积作为一种新兴的高效材料近净成形制备工艺有望为高增强相含量、大尺寸、复杂结构钛基复合材料零部件的低成本、短周期快速成形制造提供一条新途径。本文以TA15钛合金粉及B4C粉为原料，采用激光熔化沉积工艺分别制备出了TiB与TiC混合增强的钛基复合材料棒材（增强相体积分数分别为9%、11%、22%、57%）和薄壁板试样（增强相体积分数分别为3.6%、6.0%、7.1%）。采用光学显微镜、扫描电镜、电子探针以及X射线衍射等方法分析了复合材料的显微组织形成机理及显微组织形态随增强相含量的变化规律，分析了复合材料的凝固过程并测试了复合材料的室、高温拉伸力学性能。结果表明：(1) 复合材料棒材中TiB增强相的形态随增强相含量提高表现出由片层状到棱柱状以及粗大（空心）棱柱状的变化规律，TiC增强相的形态则表现出由不规则颗粒状到不发达枝晶状的变化规律。复合材料薄壁板中TiB增强相均为纤维状及片层状，TiC增强相为颗粒状，随增强相含量提高，片层状TiB含量及尺寸均有增高趋势，纤维状TiB则有粗化趋势；(2) 钛基复合材料激光熔化沉积成形过程中增强相按照形核-析出机制形成长大。受工艺过程及原料体系的影响，相同工艺条件下B4C的残留量随增强相含量的提高而增加。复合材料的凝固过程分析表明棱柱状TiB以及不发达枝晶状TiC均为初生相，纤维状及片层状TiB为共晶相；(3) 复合材料棒材及薄壁板的洛氏硬度均随增强相含量的增加而提高，且在增强相含量较低（9vol.%～11vol.%）时增加增强相含量能够更有效的提高复合材料棒材的硬度。增强相含量为3.6vol.%的薄壁板复合材料的洛氏硬度已超过增强相含量9vol.%的棒材复合材料，而增强相含量为6.0vol.%及7.1vol.%的复合材料薄壁板的洛氏硬度与增强相含量22vol.%的复合材料棒材相当；(4) 室温拉伸实验表明，随增强相体积分数增加，复合材料棒材的弹性模量显著提高，但抗拉强度降低且塑性明显下降，增强相体积分数大于11%以后，复合材料棒材的抗拉强度急剧降低并完全表现为脆性断裂。与激光熔化沉积TA15钛合金棒材相比，增强相体积分数为11%的钛基复合材料棒材的弹性模量提高了20%，抗拉强度及屈服强度也分别提高了11%及21%；各增强相含量的复合材料薄壁板室温拉伸时均为脆性断裂，其抗拉强度、弹性模量均不及激光熔化沉积TA15钛合金板材；(5) 在600℃、650℃及700℃下，复合材料薄壁板的抗拉强度随温度升高而显著降低但塑性提高。复合材料薄壁板的增强相含量越高其抗拉强度及塑性受温度的影响越不显著。增强相含量为3.6vol.%的复合材料薄壁板在600℃下的抗拉强度与TA15钛合金550℃下的抗拉强度以及IMI834钛合金在600℃下的抗拉强度相比分别提高了19%和17%，强化效果显著。(6) 室温及600℃、650℃、700℃拉伸实验中复合材料的断裂均由增强相的脆性解理断裂引起。由于增强相与基体钛合金的界面结合强度高，增强相能够有效的承受载荷。室温时基体钛合金的塑性变形能力差，增强相中裂纹一旦形成便迅速扩展到钛合金基体导致复合材料发生脆性断裂。600℃、650℃及700℃拉伸过程中钛合金基体的塑性变形能力提高，增强相断裂产生裂纹后能够通过裂纹附近基体钛合金的局部变形松弛裂纹尖端的应力，延缓裂纹在基体中的扩展，断裂的增强相能够多次承载并多次断裂，这一过程能够吸收更多的变形能，有利于提高复合材料的高温强度。