引言

钛合金是20世纪50年代发展起来的一种沉要结构金属，因比强度高、热不变性好、耐侵蚀性优异等特点，在航空航天、国防军工、海洋工程、石油化工等领域拥有宽泛利用[1-3]。然而，随着我国高新造作技术领域的急剧发展，高精尖领域产品对新型结构资料在高强、高韧、耐热等方面提出更高要求，传统钛合金已不能满足关键结构部件对高机能资料的火急需要。因而，在维持钛合金原有良好机能的基础上，向钛基体中引入加强相造备的高机能钛基复合伙料（TMCs）应运而生[4]。该资料能够进一步提升钛材比强度、比刚度和耐磨机能，同时拥有钛基体优良的塑韧性，已于20世纪80年代中期由美国Ｄｙｎａｍｅｔ公司为首的多家企业实现贸易化利用，其产品覆盖多个领域，其中波音公司将其成功利用于787商用飞机的高买飞比零部件上[5]。凭据加强相散布情况，TMCs被分为陆续纤维加强钛基复合伙料和非陆续加强钛基复合伙料（DRTMCs）两种。金属基复合伙料的早期钻研多以陆续SIC纤维加强钛基复合伙料为主，SIC纤维的存在能够使该资料沿纤维方向的断裂韧性得到大幅提升，同时拥有优异的耐高温、抗蠕变和抗委顿机能，然而机能的各向异性使该资料仅合用于飞机环状件、连杆、轴等单向选择性加强部件[6]。

而DRTMCs中的加强相多为颗粒状、晶须状和短纤维状，如图1ａ所示，与陆续SIC纤维加强钛基复合伙料相比其造备成本更低，更易于二次加工且可能预防各向异性对其利用的限度
；与传统钛合金相比其拥有更高的比强度和高温耐热能力，有望在600～800℃包办传统高温合金和镍基高温合金，实现40％～50％的减沉，如图1ｂ所示[7]
；与TiAl、NiAl和Ti2AlNb等金属间化合物相比其拥有更高的室温塑性、成形性与焊接机能[8]。因而，DRTMCs在航空航天、国防军工、汽车造作以及民用等领域拥有越发辽阔的利用远景。

目前，造约我国高机能钛基复合伙料利用与发展的瓶颈重要有复合伙料塑韧性不及和加强相种类及散布单一等问题。近年来，随着钻研的不休深刻，多元多尺度钛基复合伙料的多效应耦合强化机造、界面反映和微观组织与宏观机能间关联以及后续热加工热处置工艺筛选等已经成为钛基复合伙料进一步提升强韧性、拓宽利用领域的沉要钻研方向。

因而，本文就DRTMCs的发展示状进行具体综述，蕴含钛基体及加强相种类与散布、造备步骤、后续热变形热处置、组织结构设计及其工程利用等方面的钻研进展与发展趋向。

1、基体与加强相设计

DRTMCs的服役机能重要由钛基体、加强相和二者之间的界面结合情况决定，凭据分歧利用需要，综合思考基体的相组成、加强相种类、含量及散布状态，针对性地设计满足服役要求的高机能钛基复合伙料。

1.1基体设计

钛基体是钛基复合伙料高机能的基础起源，凭据退火后物相组成，其被分为α-Ti、近α-Ti、（α＋β）-Ti、亚稳β-Ti和β-Ti等多种类型。早期DRTMCs钻研重要聚焦于α-Ti型纯钛基体，单一α相能简化资料机理钻研，便于复合伙料设计与可行性验证，但由于纯Ti强度较低，即便通过颗粒加强仍难以获得梦想的室温强度和高温机能，其在现实利用中受限。

而（α＋β）型双相合金拥有优异的综合力学机能，其中典型的TC4合金是目枪基复合伙料钻研及利用最为宽泛的基体。

而近α型的TA15和TA19合金拥有优良的高温机能，重要利用于耐热钛基复合伙料钻研。对于β型钛合金，其室温强度较高，但BCC结构使其高温下原子扩散系数较大，存在高温抗蠕变不及、塑韧性差等问题，能够通过加强相引入或热处置调控来提升资料机能。

1.2加强相设计

DRTMCs中引入加强相重要主张是提升资料强度、硬度，改善其室温、高温机能。通常情况下加强相为高强、高硬且热力学不变的陶瓷相。该陶瓷相需与钛基体维持相近的热膨胀系数，预防在造备或使用过程中界面残存应力较大而导致资料过早失效。此表，加强相与基体还应拥有优良的物理和化学相容性，预防界面不良反映而产生孔洞、杂质等缺点。

1.2.1陶瓷加强相

常用迪胙基复合伙料加强相物理及力学机能如表1所示。目前钻研最为宽泛的是晶须状TiＢｗ和颗粒状TiCp两类加强相，二者均拥有较高的弹性模量及与基体相近的物理化学属性，对钛基体的强化成效显著。这两类加强相的元素起源种类繁多，常见的碳源有乙炔碳黑[9]、高纯碳粉[10]、Mo2Ｃ[11]、VC[12]、ＣＨ4[13]、石墨片[14]、SIC[15]等。TiCp因热膨胀系数幼、热力学不变且摩擦系数低，一向是钛基复合伙料加强相的钻研热点之一。而常见的硼源则有TiB2[16]、硼粉、Ｂ4Ｃ等，与基体反映天生拥有Ｂ27结构的TiＢ，其成长方向为[010]，易形成晶须状，拥有优异的强韧化成效，同时有利于提升资料的高温蠕变机能。

1.2.2碳纳米资料

碳纳米资料拥有轻质、超高弹性模量、高导热导电等个性，碳纳米管、石墨烯等碳纳米资料能够与钛基体形成强界面结合，大幅提升载荷转移效能，改善钛基复合伙料的强度、导电和导热机能，对研发超高比强度DRTMCs拥有沉要意思。典型的碳纳米管（CNTs）由六边形分列的碳原子卷曲而成的柱状纤维组成，其密度仅为2.1g/cm³，而屈服强度高达110GPa，弹性模量达1TPa，可能用于造备超高强钛基复合伙料。较高的范德华力极易导致CNTs团圆，因而常选取高能球磨以克服该问题，但在高速球磨过程会粉碎CNTs结构，影响其在复合伙猜中的承载作用。为此，杨亚峰等[17]选取化学气相沉积技术引入乙炔，在镍催化剂建饰迪胙粉表表原位合成结构齐全、分散均匀的CNTs，随后经高温烧结造备出CNTs和TiＣ协同加强迪胙基复合伙料，其抗拉强度达1030MPa，延长率达12.5％。此表石墨烯（GNPs）为单层或几层石墨单原子层的纳米级结构，是已知导电性最优的资料[18]。但GNPs与钛基体接触面积大，极易产生界面化学反映，天生变形协调能力差的TiCｘ过渡层，产生强内应力而限度GNPs的承载强化作用[19]。为此，张法明等[20]通过调控放电等离子烧结多工艺以降低其界面反映水平，实现了优良异质界面结合，其中GNPs在基体中呈三维网状散布，协调了资料强杜纂塑性。其他常见碳纳米资料还蕴含氧化石墨烯（ＧＯｓ）和碳纳米洋葱（ＯＬＣｓ）等[21]。目前碳纳米资料作为加强相尚存在两点难题亟需解决：一是碳纳米资料的高表表能及疏水性使其极易产生团圆，难以分散
；二是碳纳米资料极易与Ti基体产生过度界面反映而天生TiC，粉碎碳纳米资料的特殊结构，降低强化成效。

1.2.3陶瓷先驱体聚合物

近年来鼓起一种利用陶瓷先驱体聚合物提供C、Si源以造备颗粒加强金属基复合伙料的步骤。典型的陶瓷先驱体聚合物聚碳硅烷（PCS）是一种以Ｓｉ和Ｃ原子交替分列为骨架的有机硅化合物，其在高温下不不变，易受热分化，转化为SIC和游离Ｃ原子，能够与金属基体原位反映造备出加强相颗粒弥散散布的高机能金属基复合伙料。笔者团队曾利用PCS受热分化转变为SIC和Ｃ的特点，通过原位自生技术造备出颗粒加强钛基复合伙料，所造备Ti/PCS复合伙料的晶粒得到显著细化，TiC颗粒呈均匀弥散散布，且与基体界面结合优异，资料的室温力学机能和耐磨机能优异，其中Ti-3％PCS（质量分数）复合伙料的室温抗拉强度达861MPa，延长率达10.8％，体积磨损率仅为0.84×10-12ｍ3／（Ｎ·ｍ）[22-23]，有关钻研成就如图2所示。

2、钛基复合伙料的造备步骤

凭据加强相引入方式分歧，DRTMCs的造备步骤分为表加法和原位自生法。传统表加法通过预造固定状态加强相方式，颗粒尺寸通常为数十微米甚至毫米级，常存在基体与加强相界面结合性差，易诱发裂纹和孔隙等缺点，使复合伙料承载能力大幅降落。而原位自生法造备迪胙基复合伙猜中加强相与基体间界面匹配度高、热力学不变、高温机能优异，同时能够针对分歧服役需要实现加强相种类、含量、散布的精确调控，高效造备出综合机能优异迪胙基复合伙料，其已成为DRTMCs的主流钻研方向。凭据原位自生反映的原始物质状态，DRTMCs的造备步骤重要分为固-液反映法、固-固反映法和固-气反映法等。

2.1固-液反映法

固-液反映法是指在溶解状态金属中，参与含有加强相形成元素的固态物质并与基体金属反映天生加强相的一种复合伙料造备方式。熔铸法（ＩＭ）是固-液反映最常见的步骤，该步骤是将传统铸造工艺与原位反映相结合，将混合粉末在熔炼炉中加热至溶解后浇铸成形的工艺，原位天生的加强相与基体界面清洁，结合强度高。曹磊等[24]基于真空感应熔炼方式造备了TiC／TC4复合伙料，通过高温空冷使得高含量加强相产生的树突状结构断裂并产生球化，削减孔洞并产生钝化裂纹成效，同时降低资料内应力集中水平，从而改善复合伙料的断裂韧性。但使用熔铸工艺造备迪胙基复合伙料不成预防线存在晶粒粗壮及组织偏析等问题，针对这些问题，张长江等[25]将熔铸技术与多向铸造工艺相结合造备出高机能TiＢｗ加强钛基复合伙料，热加工使基体组织由粗壮铸态网篮状转化为藐幼等轴状，TiＢｗ也断裂细化并沿铸造方向均匀散布，最终造备的复合伙料室温强塑性和650℃高温强塑性均得到显著改善。然而钛自身活性高，熔点高，热导率低，在熔融状态下极易与常见耐火资料反映，难以找到适合的熔炼容器。此表熔炼过程必须在高真空或高纯惰性空气前提下进行，以预防高活性钛与空气中的氧、氮等杂质元素反映而造成资料机能恶化，因而熔铸法造备钛基复合伙料需进行严格的工艺节造，这样大幅增长了操作难度和造作成本。

另表，熔炼过程不成预防会向复合伙猜中引入同化、气孔、偏析和其他铸造缺点，因而必须对资料进行热变形或热等静压处置，这同样增长了工艺难度，提高了造作成本，同时后续的机械加工造成资料的严沉浪费，限度了钛基复合伙料的推广利用[26]。

2.2固-固反映法

固-固反映法是指在肯定温度前提下，固态反映物通过物质扩散反映造备复合伙料的步骤。固-固反映过程预防了液相钛出现，改善了由于钛高活性导致的间隙元素含量高、界面反映过度等问题。该步骤造备迪胙基复合伙料还拥有组织均匀藐幼、热不变性优异、易于实现加强相定量调控等特点。常用迪胙基复合伙料固-固反映法是由粉末冶金工艺发展而来，拥有工艺流程短、资料利用率高、造作成本低等特点。常见的固-固反映法蕴含机械合金化（MA）、放电等离子烧结（SPS）及反映热压（RHP）等步骤。

MA法是选取高能球磨方式将粉末进行充分挤压、破碎、冷焊，借助原子扩散产生固态反映，再通过后续成形烧结造备出DRTMCs，该步骤能使加强相颗粒显著细化并在基体中均匀散布，但高能球磨过程易引入杂质元素，粉碎原料粉末球形度及结构齐全度，不利于资料机能提升[27]。SPS法令通过直流脉冲电的方式产生放电等离子体，使粉末表表活化并产生热量，从而实现模具中粉体间原位反映及急剧致密化过程的同步产生。Ｓｉｎｇｈ等[28]选取SPS技术在短功夫内造备出（TiC＋TiＢ）混合加强的TC4基复合伙料，其中TiC、TiＢ颗粒均匀弥散散布，基体为全致密魏氏组织，该复合伙料的室温压缩强度高达2379MPa，显示出极佳的急剧成形优势。但SPS工艺对设备要求较高，造作成本居高不下，目前仅能造备出单一状态的坯料。而RHP法是将混合粉末进行冷压成形后再通过热压烧结致密化，使得粉末坯在致密化的同时产生加强相原位反映，拥有操作单一、反映温度低蹬着点，目前黄陆军[29-30]、张文丛[31]、王卫民[32]、Ｔｊｏｎｇ[33]及ＣｈａｎDRａｎ等[34]均选取ＲＨＰ法造备出多种陶瓷相加强迪胙基复合伙料，并对其组织演变及机能强韧化机造进行深刻探索，从而造备出综合机能优异迪胙基复合伙料。

2.3固-气反映法

固-气反映法是指气体和固体进行反映，原位天生加强相颗粒的步骤。国内表钻研工作者对钛基复合伙料的固-气反映法进行了深刻钻研，Ｋｉｍ等[35]在1998年初次提出选取可控的Ｃ-Ｈ化合物气体（如ＣＨ4）与钛粉在高温下产生反映，使加强相颗粒弥散散布在钛粉表表，随后再进行真空热压烧结造备出TiCp加强钛基复合伙料。张策等[13]也选取价值便宜的TiＨ2粉末为原料，高温下通入ＣＨ4气体反映造备了低间隙原子的15％（体积分数）TiC／Ti复合伙料，TiＨ2在脱氢过程中易与钛粉表表氧化膜反映产生Ｈ2Ｏ分子，有效降低复合伙料的氧含量（＜0.21％，质量分数），获得齐全致密且均匀藐幼的微观组织，造备的复合伙料兼具优良的室温抗拉强度（715MPa）和延长率（12.1％）。总体而言，固-气反映法工艺单一，造备成本低，预防了原始粉末混合过程中对粉末表形的粉碎以及球磨过程引入大量杂质等问题，拥有肯定的发展远景，但是该工艺造备的加强相种类单一且含量难以有效节造，无法精确调控资料的组织、机能，因而有待进一步美满和解决。

2.4其他造备技术

增材造作技术（ＡＭ）是近年来飞速发展的一种高新造作技术，其主题思想是“离散-堆积”，即先将零件三维模型沿某一方向离散为二维切片模型，再转化为加工轨迹，而后通过数控代码输入加工设备，经过逐层加工造作出零部件。该步骤可设计性高，工序单一，能耗低，成形能力强，同时拥有设计造备成分梯度资料能力。目枪合金增材造作技术已经相对成熟，在航空航天、国防军工等领域举足轻沉[36]，但现阶段钛基复合伙料增材造作技术仍处于尝试研发阶段。AM技术能够赋予DRTMCs更均匀藐幼组织及更高强杜撞度，这是由于在成形过程中高能量密度和快冷却速度限度了加强相及基体组织粗化，在固／液界面有更多形核位点，易产生更多的藐幼等轴晶，其造作过程如图3所示[37]。此表基于加强相的组织细化属性，再共同其他强化机造，如固溶强化、弥散强化等，使得AM技术能够造备出更高强、高耐磨、高耐热的颗粒加强钛基复合伙料。张来昌等[38]通过选择激光溶解（ＳＬＭ）技术造备了TiＢ／Ti复合伙料，不规定的TiＢ2原料与纯Ti粉原位反映天生短棒状TiＢ颗粒，细化了组织晶粒，其室温压缩强度达1421MPa，维氏硬度达402ＨＶ。李俐群等[39]选取激光溶解沉积（ＬＭＤ）技术造备了TiC加强钛基复合伙料，在激光熔覆过程中TiC颗粒大量溶化于基体，形成界面结合优良的共晶TiC相，选取950℃热处置对急剧冷却产生的魏氏组织及条状共晶相进行优化，使得复合伙料的强度和塑性大幅提升。激光增材造作造备迪胙基复合伙料拥有怪异的组织结构及优异的力学机能，随着该技术的不休发展，在两全精确成形和高机能需要的复杂构件近终成形方面展示出巨大的利用潜力。但该技术发展功夫尚短，仍存在很多问题有待深刻钻研，如复杂熔池反映中高能量、高冷速下加强相与基体间的物质迁徙及组织演变法规、造备工艺-组织结构-力学机能间的动态关联机造等，同时技术优化和成本降低是推动该技术在市场中不变发展的沉要主题。

3、钛基复合伙料的塑性变形

对钛基复合伙料而言，基体与加强相的硬度、模量及熔点等属性相差较大，使用单一工艺造备的造件常出现致密度低、晶粒粗壮及界面结合不及等问题，严沉影响复合伙料的力学机能，因而必要通过后续热变形以解除复合伙料内部缺点，从而获得状态尺寸、组织和机能与使用需要相匹配迪胙基复合伙料。室温下钛基体通常为密排六方结构α相，该相滑移系较少，难以进行冷加工变形，故通常在α／β两相区对钛基复合伙料进行热加工变形[40]。目前钻研中常见热加工步骤有热挤压、热轧造、热铸造等。

热铸造是指对加热的金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得肯定力学机能及尺寸结构满足要求的热加工步骤。由于钛基体热变形窗口窄，同时高强硬质加强相的引入使复合伙料的变形抗力增大，导致其高温变形更作难题，所以DRTMCs对铸造温度、变形量、变形速度等参数的精确节造要求较高。Ｇａｉｓｉｎ等[41]选取分歧铸造温度对铸造TiＢ／ＶＴ18Ｕ进行两向等温铸造，发现与常见两相区等温铸造相比，β单相区铸造后复合伙料细化的基体中根基没有择优取向出现，最终退火后复合伙料的室温抗拉强度高达1300MPa，其蠕变抗力也得到显著提升。此表，对难变形迪胙基复合伙料而言，等温精密铸造技术被以为是最具利用远景的热加工步骤，既能够保障大尺寸构件的精密成形，提高资料利用率，又能够提升所造锻件的综合力学机能。目前通过热铸造工艺造成迪胙基复合伙料发起机喷管、接头、连杆、活塞等结构件已经在航空航天领域进行推广利用。

热挤压是指在肯定温度下对放入挤压筒中的金属坯料施加表力，使之从特定？字辛鞒，进而获得所需截面状态和规格尺寸的一种塑性加工步骤。热挤压变形时资料处于三向压应力状态，整体塑性变形量较大，可最大限度阐扬形变强化成效。吕维洁等[42]选取真空熔炼＋热挤压方式造备出（TiＢ＋TiC＋Ｌａ₂Ｏ₃）/TC4复合伙料，藐幼的TiＢ在变形时通过钉扎位错的储能方式为再结晶提供形核位点，而在挤压过程中优先在三相界交代处天生的亚微米级Ｌａ₂Ｏ₃则更趋向于钉扎晶界，挤压后组织的变形区以及加强相含量更多的再结晶（DRＸ）细晶区间织构强度存在较大差距，最终造得（TiＢ＋TiC＋Ｌａ₂Ｏ₃）/TC4复合伙料的室温拉伸机能和高温强度得到大幅提升。此表本钻研组发现基于粉末冶金工艺烧结造备迪胙基复合伙料较传统熔锻坯拥有更好的热变形加工能力，其能够在1100℃以上β单相区进行高温挤压变形，这重要是由于粉末坯是经1200～1300℃高温烧结获得，其组织晶粒已处于平衡不变状态，所以在低于烧结温度的高温塑性变形时并不会产生显著晶粒粗化，故其热加工窗口更宽，变形抗力幼，同时造备的资料机能优异，其中经1150℃挤压后TC4/PCS复合伙料的室温抗拉强度达1307MPa，延长率达10％[26，43]。

热轧造是指在肯定温度下通过两旋转轧辊与轧件之间的摩擦力将造件拉入棍缝，使其受到压缩产生塑性变形的一种成形方式。随着热轧造过程中变形量的增长，显微组织沿轧造方向伸长，加强相产生断裂破碎细化。塑性变形与高温提供再结晶动力，使得组织显著细化，基体连通度提高，复合伙料塑性加强[44-47]。耿林等[48]钻研了热轧造对（TiＢｗ＋（TiＺｒ）5Ｓｉ3）/TA15复合伙料的影响，发现热轧造过程中基体α相产生再结晶和球化，同时（TiＺｒ）5Ｓｉ3硅化物在热轧过程中产生溶化并沉新析出，弥散散布在β相晶界左近故障晶界及相界滑动，进一步提高复合伙料的高温机能。值妥贴心的是，轧造变形过程中TiＢ晶须会沿轧造方向动弹，从而提升短纤维加强相的应力传递成效，改善复合伙料

的抗蠕变机能。ＳｒｉNiｖａｓａｎ等[49]钻研发现少量Ｂ元素的引入能够显著降低Ti-6Ａｌ-4Ｖ合金的轧造变形开裂偏差，故可通过多步轧造法直接轧造成形出300ｍｍ×200ｍｍ×2ｍｍ的Ti-6Al-4Ｖ-0.1Ｂ合金板材。

综上所述，热加工拥有促使复合伙料基体产生再结晶细化组织、形变强化以及加强相均匀散布的弥散强化作用。通过节造变形量、应变速度、变形温度等工艺参数，深刻钻研组织和机能演变法规，结合加强相类型的多元化发展趋向，可能有效解决DRTMCs室温塑韧性差的问题，从而造备出综合机能优异迪胙基复合伙料板材、管材、棒材、型材和异形件等。

4、钛基复合伙料的热处置改性

对塑性变形后迪胙基复合伙料而言，热处置是一个必不成少环节，它能够调控微观组织描摹，解除变形后的残存应力，进一步改善资料的力学机能。常用热处置步骤为退火和固溶时效，退火的主张是去除复合伙料热变形残存应力、增长组织不变性并改善资料塑性
；而固溶时效则是一种强化热处置方式，能够有机调控资料的强度和塑性。钛合金作为基体造备迪胙基复合伙料最大优势是能够通过热处置获得所需的强度和塑性，这重要通过转变β组织或马氏体α＇相形成、基体组织细化及固溶时效强化等作用，而热处置对加强相的尺寸、描摹险些没有影响。热处置重要通过优化调控温杜纂功夫参数来节造基体组织相变、回复再结晶，对界面反映过程起到有效调控作用，在这过程中分歧类型加强相也会对基体的组织结构变动产生影响。陈玉勇等[50]对铸造态（TiＢ＋TiC＋Ｙ₂Ｏ₃）／α-Ti复合伙料进行固溶时效热处置，钻研发现硅化物在片层及α／β界面处析出并通过Ｏｒｏｗａｎ机造提高资料强度，同时各加强相的钉扎作用使基体组织转变为藐幼片层状，进一步提高资料强度，最终所造备复合伙料700℃高温抗拉强度达624.7MPa，延长率达16％。陈彪等[51]针对碳纤维（ＣＦｓ）加强钛基复合伙料的界面结构节造发展钻研，通过对比热处置温度获得最佳TiC界面厚度，以最大限度促使载荷由基体转移至碳纤维，从而提升资料综合机能，经900℃退火后的ＣＦｓ／TC4复合伙料在保障晶粒未长大前提下TiC界面厚杜咨难以传递载荷的0.256μｍ增至1.473μｍ，获得最佳的室温强塑性，同时500℃抗压强度较热处置前提升16.4％。

热处置通常作为DRTMCs力学机能的最终决定成分，能够有效节造基体尺寸描摹和原位反映水平。加强相在热处置过程中能够影响基体相变点，钉扎晶界迁徙，产生部门元素固溶强化等，使得复合伙料强度得到进一步提升。目前国内表对钛基复合伙料热处置钻研正由基于传统钛合金的组织描摹与力学机能影响逐步转变为加强相对复合伙料相变机造及其动力学、热力学影响的机理分析，有关加强相与基体协同作用的适配热处置造度探索逐步成为钻研沉点。

5、钛基复合伙料的组织结构设计

开发新型钛合金资料的最重要主张是钻营更高的强度、硬度、耐热及优异塑韧性，而高强硬质陶瓷相颗粒的引入对提升钛资料综合机能展示出巨大潜力。为充分阐扬加强相颗粒的尺寸效应及职能效应，通过引入多种类加强相并节造其大幼、散布，造备多元多尺度加强迪胙基复合伙料，可能很好地起到对基体的协同强化作用。TiＢｗ和TiCp是钛基复合伙料利用最宽泛的微米尺度加强相，常使用价值便宜的Ｂ4Ｃ造备（TiCp＋TiＢｗ）协同加强迪胙基复合伙料，钻研发现TiCp会趋向于在｛110｝TiＢ面族成长，有助于二者的共生加强效应，而引入少量的TiＢｗ和TiCp加强相便能使钛基复合伙料的机能得到大幅提升[52]。此表，Ｌａ₂Ｏ₃、ＣａTiＯ₃、Ｎｄ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃等氧化物颗粒作为纳米尺度加强相[53-54]，也被宽泛利用于钛基复合伙料钻研中，吸氧剂的引入不仅能够吸附固定间隙氧元素，净化钛基体，同时衍生的纳米颗
；鼓芷鸬矫稚⑶炕饔，从而显著提升资料的高温瞬时强度和悠久强度。然而在加强相呈均匀散布迪胙基复合伙猜中，尤其是微米级加强相，位错在基体内部难以活动而极易产生塞积，直至加强相出现微裂纹，造成加强成效欠安而塑性大幅降低。为此，黄陆军等[7]基于Ｈａｓｈｉｎ-ＳｈｔｒｉｋMAｎ（Ｈ-Ｓ）理论和晶界强化道理，选取大尺寸钛粉为原料、低能球磨、反映热压法，成功设计并造备出加强相呈准陆续网状散布迪胙基复合伙料，如图4ａ所示，通过硬相TiＢ包抄软相Ti基体的陆续网状结构优先接受比基体更高的应力，有效故障裂纹扩大行为，减弱了均匀散布加强相存在的宰割作用，从而实现DRTMCs的加强增韧。此表结合多级多尺度设计思想，他们利用Ｓｉ元素在Ti基体中的固溶、脱溶双沉效应，成功造备出（Ti5Ｓｉ3＋TiＢｗ）/Ti6Al4Ｖ两级网状结构复合伙料[55]，其中微幼的TiＢｗ萦绕在等轴基体表的一级网状结构，节造该尺度下的晶粒尺寸并抑造高温下晶界软化，而β相晶粒间的超细针状Ti5Ｓｉ3相则组成二级网状结构，进一步减缓相界面的高温软化，同时起到弥散强化作用，如图4ｂ所示。蠕变测试批注，高温下Ti5Ｓｉ3相产生溶化，并在相界面以更藐幼尺寸沉新析出，Ｓｉ元素的扩散使得复合伙料蠕变抗力不休加强，其550℃/300MPa的蠕变悠久断裂功夫较Ti基体提高了20倍。

在天然界中，多种生物经过持久的天然筛选以最适合自身生计的资料来构建自身防御，如竹、木、骨骼、贝壳等，这些天然生物资料往往拥有优异的力学机能。其中贝壳资料拥有极高的强度和韧性，这重要与其珍珠层层状微观结构有关，在基体承载变形和断裂过程中能够很好地阐扬协调变形作用。为此仿贝壳珍珠层层状结构逐步被引入到高强韧钛基复合伙料的设计中，霍望图等[56]以Ti箔为原料，利用电泳沉积技术（ＥＰＤ）在Ti箔表表沉积了ＧＯｓ和Ｓｉ，结合SPS步骤造备出层状结构（Ti5Ｓｉ3＋TiC）/Ti复合伙料，如图5ｃ所示，其室温抗拉强度达610MPa，延长率达27％，展示出优良的强度和塑性。韩远飞等[57-58]以纯Ti和ＬａＢ6粉末为原料，结合粉末冶金和热轧造法，通过原位自生反映造备出（TiＢｗ＋Ｌａ₂Ｏ₃）/Ti-Ti层状复合伙料，与加强相均匀散布且同含量的（TiＢｗ＋Ｌａ2Ｏ3）/Ti复合伙料相比，其抗拉强度根基不变，但延长率由13％提升至17％，拥有优异的综合力学机能。此表，张洪梅等[59-60]设计了一种拥有仿生“苍耳”三维界面结构的（GNPs＋TiC＋TiＢｗ）/Ti复合伙料，原位形成的微米级TiＢｗ衔接并穿透GNPs和致密TiC层，与Ti基体缜密接触组成三维界面结构，如图5所示。与单一的TiＢｗ／Ti复合伙猜中加强相的无序成长状态相比，晶须的定向成长有利于界面不变，且晶须的穿透作用抑造GNPs与TiC的界面脱粘，最终造得的复合伙料在维持较高抗拉强度的同时延长率仍高达23.2％。

基于上述对钛基复合伙料加强相的钻研，多元多尺杜纂仿生结构设计已经成为当前DRTMCs的钻研热点。

通过对DRTMCs加强相引入原料、原位自生技术以及非均耘仔序组织构型设计，能够引入多种类协同强化成效，实现纳米／微米级加强相共同强化作用，而借助新兴的推算机仿照以及高通量造备、表征技术更是增长了钛基复合伙料的可设计性。因而，现有钻研的DRTMCs各项机能不休提升，钛基复合伙料可能获得越发宽泛的利用远景。在近期钻研中通过分歧工艺造备迪胙基复合伙料的硬度以及室温拉伸机能如表2所示，各类加强相的引入对钛基体的强度、硬度提升拥有显著成效，同时后续热加工能够有效改善加强相对复合伙料塑性的不良影响，使得DRTMCs兼具优良的强韧性。

6、工程利用

近年来，有关DRTMCs的组织和机能钻研已经获得长足发展，轻质耐热高强韧DRTMCs已经成为国内表航空发起机、汽车零部件以及多多民用产品的利用资料。在国表钻研领域，美国ＤｙｎａｍｅｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司使用热等静压技术造备出高含量TiC加强钛基复合伙料零件，该零件已经成功利用于半球形导弹壳体与导弹尾翼造作，此表该公司也开发出一系列利用于医疗植入件及活动刀具等其他钛基复合伙料产品，如图6ａ所示[70]。Ｃｅｒｍｅ系列如ＣｅｒｍｅTi-5、ＣｅｒｍｅTi-10别离利用于高尔夫球杆、冰刀，与钢资料相比减沉40％。

ＣｅｒｍｅTi-Ｂ-5造刀拥有优异的耐磨机能，其敏感度维持功夫超出Ｒｃ6工具钢10％以上。图6ｂ中箭头所指为带有Ｃｅｒｍｅ-Ti中心导向部件的概想性坦克轨路。美国ＧＥ公司研发出一系列0.8TiＢ2／Ti-47Al-2Ｍｎ-2Nb熔铸产品，这些产品拥有较好的断裂韧性及抗蠕变能力，被利用于航空航天发起机及涡轮翼片。日本丰田公司选取TiＢｗ／Ti-6Al-4Ｓｎ-4Ｚｒ-1Nb-1Mo-0.5Ｓｉ复合伙料造成连杆以及发起机气门，如图6ｃ所示，该复合伙料零件可能降低汽车能耗、排气量，同时减幼噪音。

英国劳斯莱斯测试了一种用于先进的超电扇发起机的碳/钛复合电扇系统（见图6ｄ），该系统蕴含钛基复合伙料叶片和表壳，使得每架飞机最多减轻1500磅，相当于免费多搭载七名乘客[6]。

在国内钻研方面，西北院选取模锻技术造备出利用于航空发起机叶片的TiC加强钛基复合伙料棒材，该棒材拥有优异的室温力学机能及650℃高温耐热强度。上海交通大学利用工业级真空自耗熔炼炉成功实现了DRTMCs的吨级大批量出产，其等温精密铸造制品如图7ａ—ｃ所示，该出产线已成功利用于航天科工集团以及中船沉工的造件出产[53]，精密铸造成形的多元多尺度钛基复合伙料壳体与叶轮件大大降低了机加工难度，同时其表表光洁，内部组织均匀，力学机能优异。图7ｄ—ｆ还展示了近年来国内机结构备的一些典型钛基复合伙料工业利用零部件，蕴含航天飞行器发起机用气动格栅、薄壁毛细管和紧固件等[6，71]。随着有关新型造作技术研发及组织-机能-机理的深刻探索，DRTMCs已经成功发展出多条设计路线成熟、造备技术不变的现实利用出产线，已有多家企业与钻研所签署合作研发和谈，有效推动了钛基复合伙料的技术开发和产业化利用过程。

7、瞻望

原位自生DRTMCs突破了传统钛材强杜撞度低、耐磨耐热机能差等问题，满足高新技术领域对高机能结构资料的火急需要，已成为当今资料领域的钻研热点之一。然而关于其组织和机能理论钻延注造备工艺成本节造以及利用领域的扩大蹊径亟待深刻探索，因而对DRTMCs的发展提出以下几点建议：

（1）造备过程的反映机理钻研，蕴含加强相与基体间界面反映热力学、动力学道理与造备工艺间关系，通过优化界面反映、精确节造组织结构，最大限度阐扬加强相优势，针对性造备高强耐热钛基复合伙料。同时与先进增材造作工艺过程相结合，针对熔池内反映与对流情况造订最优参数组合及扫描蹊径，实现中幼型复杂结构件的组织成分节造。

（2）组织结构优化。引入多元多尺度加强相概想，使用分歧种类、分歧尺寸、分歧描摹加强相的耦合加强成效，如纳米级Ti5Ｓｉ3弥散强化与Ｓｉ固溶强化，TiＢ晶须与TiC颗粒协同强化等。引入网状结构、层状结构和成分梯度零件概想，进一步发展有序非均匀加强相复合伙料的强塑性匹配。

（3）高通量造备表征技术。随着国内表“资料基因工程”项主张急剧推动，结合大数据布景与机械进建伎俩的资料高通量研发、造备、表征模式已经获得长足进展。由于复合伙料反映过程为热力学非平衡状态，针对金属资料已有的高通量造备、表征技术仍需进一步发展，复合系统界面化学及热动力学数据库仍有待成立。

（4）结合钛基复合伙料的可加工性特点，利用挤压、铸造、焊接等一系列热加工技术与热处置工艺，造备拥有优异综合机能的大尺寸复杂件，以满足钛基复合伙料现实工程利用需要。

开发低成本高机能DRTMCs的造备方式，提升造件成材率，推动其产业化利用过程。

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潘宇，北京科技大学工程技术钻研院副钻研员，硕士钻研生导师，入选国度博新打算、北京市科协青年托举人才、北京市优良博士学位论文。2022年北京科技大学资料科学与工程专业博士毕业。重要从事粉末冶金钛近终形造作技术钻研。主持国度天然科学基金、北京市天然科学基金、中国博士后创新人才支持打算项目、中国博士后科学基金面上项目等10余项
；以第一／通讯作者于ＡｃTAMAｔｅｒｉAlｉａ、Ｃｏｒｒｏ-ｓｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ、ＪｏｕｒｎAlｏｆMAｔｅｒｉAlｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏ-ｇｙ等权威期刊颁发SCI论文40余篇
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；获教育部技术发现二等奖、中国发现协会“发现创新”一等奖、北京科技大

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路新，通讯作者，北京科技大学工程技术钻研院钻研员，博士钻研生导师，国度沉大人才工程入选者，获全国五一巾帼标兵、国度优良青年基金、中国冶金青年科技奖、卓越工程师青年奖、全国有色金属优良青年科技奖等称号。2008年北京科技大学资料科学与工程专业博士毕业。目前重要从事粉末冶金钛利用基础钻研。主持国度天然科学基金、中国航空基金、中国航发产学研基金、北京市天然科学基金等项目60余项
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