摘要
具备低质高强、高弹性模量、热稳定性强等优点的钛基复合材料在航空航天、海洋军工领域应用前景广阔。本文以制备高性能航空航天发动机、海洋船舶用新型耐高温、耐蚀材料为背景，以求保持其较好的综合力学性能的同时提高其高温抗氧化性与耐蚀性，设计了钛基复合材料。以海绵钛、TiB2粉末为原料，采用熔铸法原位合成工艺结合多道次热轧技术制备了2.5v.%TiB/Ti和5v.%TiB/Ti原位TiB增强钛基复合材料。采用高温氧化和微弧氧化工艺对钛基复合材料进行表面改性，运用多种表征手段分析了两种材料在高温下的组织演变、氧化、结构演变和腐蚀行为与微弧氧化处理过程中的组织结构演变和腐蚀行为。探究增强相含量对于复合材料高温抗氧化性、氧化组织结构转变、耐腐蚀性能以及微弧氧化膜层结构、耐蚀性能的影响，分析了抗氧化、氧化膜层组织结构转变以及耐腐蚀性机理。主要研究结果如下： 高温氧化研究结果表明，随着增强体含量的增加导致复合材料基体组织晶粒细化，晶界与相界密度明显提高。均匀分布的TiB在氧化初期可以作为非均匀相形核位点，从而获得致密的氧化物膜层阻止外部氧的进入，从而提高钛基复合材料的高温抗氧化性。氧化温度的升高造成外部氧的向内扩散首先形成TixO固溶体膜层，随后Ti(O)固溶反应转变为氧化反应并形成TiO2柱状晶层。复合材料氧化膜由多层结构组成，外层为金红石型TiO2，内层为TixO固溶体。增强体含量的增加导致氧化层生长与结构转变减缓，氧化层致密度增加，从而提高其抗氧化性。电化学试验表明随着增强体含量的增加，复合材料表面耐蚀性能增强。 微弧氧化研究表明微弧氧化膜层分为外部多孔层与内部致密层。陶瓷增强体含量的增加导致复合材料表面微弧放电点位增加。微弧放电通道的增加导致膜层表面孔隙率增加，且相邻放电通道合并形成较大的火山口状微弧放电通道。微弧放电数量的增加造成熔融氧化产物增多，微弧氧化膜层内部致密层厚度增加，其耐蚀性增强。 热腐蚀实验结果表明，腐蚀介质的引入导致复合材料表面氧化加速，且腐蚀介质与氧化产物发生热腐蚀反应导致保护性氧化膜层溶解。钛基复合材料在热腐蚀气氛中加速氧化形成丝状TiO2膜层。腐蚀层的快速生长导致其热膨胀系数迅速改变。热腐蚀温度的变化造成腐蚀层出现微裂纹。微裂纹的产生导致腐蚀介质、外部氧与金属基体接触并造成二次腐蚀。热腐蚀时间的增加导致TiO2丝状晶持续生长形成致密结构与中空结构的TiO2柱状晶，生长方向一致的TiO2丝状晶产生团簇形成TiO2柱状晶形貌。随着陶瓷增强体含量的增加，钛基复合材料抗氧化性增加，从而导致复合材料表面氧化产物生长速率下降，氧化层致密度增加，能够有效的阻止腐蚀介质侵入基体，从而提高钛基复合材料的耐热腐蚀性能。
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