大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽結(jié)題答辯稿

1、第一頁）尊敬的各位評委老師：大家好！我叫許婷，是來自材料卓越 121班的學生。 我們這次大創(chuàng)研究的課 題是 ”第三組元誘導法制備鈦鋼復合材料的工藝研究 ”。這次研究是在竺培顯老師 悉心指導下完成的， 所以在這里我向竺老師表達深深的謝意， 同時也向各位老師 不辭辛苦參加我們大創(chuàng)結(jié)題答辯表示衷心的感謝。（第二頁） 下面我將就本課題的選題背景與意義，研究目標與內(nèi)容，研究方法及研究現(xiàn) 狀與結(jié)論四個方面向各位老師作逐一匯報，懇請各位老師指導。（第三頁）我們之所以選擇研究鈦鋼復合材料的制備工藝是因為鈦鋼合金在復合材料 中占有舉足輕重的地位。 主要表現(xiàn)在鈦鋼復合材料兼有結(jié)構(gòu)、 功能一體化和低成 本的優(yōu)勢；

2、鈦鋼復合材料具有非常好的耐蝕性與高的強度； 鈦鋼復合材料被廣泛 應(yīng)用于石油化工、海洋工程等重要的工業(yè)領(lǐng)域中。（第四頁）而在這樣的大需求下， 我們現(xiàn)有的傳統(tǒng)制備工藝有三種， 分別是軋制復合法、 爆炸復合法和軋制 - 爆炸復合法，它們都存在這種種局限性，不能滿足現(xiàn)在對鈦 鋼復合材料制備的要求。（第五頁）在這樣的背景下，我們選擇研究第三組元誘導法制備鈦鋼合金的工藝，創(chuàng)新 點有兩點。其一，引入中間過渡層銅，解決鈦鋼間熱力學非混溶性問題；其二， 熱壓擴散焊接工藝從動力學角度實現(xiàn)了鈦銅鋼間的互擴散。（第六頁） 由此，我們對制備工藝的研究希望實現(xiàn)鈦鋼復合材料結(jié)構(gòu)功能一體化并且能 為企業(yè)提供低成本、高效率、環(huán)

3、境友好工藝的研究思路和實例。（第七頁） 第二部分是研究的目標與內(nèi)容，目標是顯而易見的，就是優(yōu)化鈦鋼復合材料 的生產(chǎn)工藝，為擴大生產(chǎn)應(yīng)用提供理論依據(jù)和工藝技術(shù)參數(shù)。（第八頁）本課題研究的主要內(nèi)容分為兩點：一點是復合制備工藝的研究，即通過改變 燒結(jié)工藝參數(shù)，利用界面金相分析和SEM等表征手段研究保溫時間、溫度對所制 備復合界面的影響演變規(guī)律。第二點是研究組織、界面結(jié)構(gòu)與層狀復合板材力學 強度之間的關(guān)系，以此優(yōu)化工藝參數(shù)。這樣一個閉合的反饋奐，有利于我們得到 最優(yōu)的工藝參數(shù)組合。（第九頁）第三部分是關(guān)于我們的具體研究方法。 研究方法我們尋則了文獻研究與實驗 研究相結(jié)合的綜合研究方法。關(guān)于文獻，做實驗

4、前，我們查閱了一些關(guān)于復合材 料制備相關(guān)技術(shù)與工藝選擇的各類資料，也是前人給我們的經(jīng)驗讓我們在項目初 期省去了大量的時間與精力，我們是站在了巨人的肩膀上。我們在鋼與鈦之間引 入媒介金屬銅，改善其互溶性，制備除了九個工藝參數(shù)不同的試樣， 其形貌示意 圖如上圖，具體參數(shù)如下。（10頁）我們希望通過九個試樣來分析得出最優(yōu)參數(shù)。（第十一頁）所謂第三組元誘導法具體是指使用真空熱壓擴散工藝，將鈦、銅、鋼置于真 空環(huán)境下加熱至母材熔點以下溫度，同時加以壓力再經(jīng)保溫形成冶金式結(jié)合界面 的方法。我們在實驗中先選用了鋁作為中間層金屬，但由于鋁熔點過低，若在 650度以下加熱，鈦與鋼未加熱到良好的擴散狀態(tài)，保溫冷卻

5、后出現(xiàn)分層現(xiàn)象。 高于650度加熱時，鋁出現(xiàn)融化現(xiàn)象，結(jié)合界面出現(xiàn)脆性。最終選定銅作為中間 層，實現(xiàn)鈦鋼復合材料形成穩(wěn)定、連續(xù)的冶金式結(jié)合界面。（第十二頁）最后一部分由研究現(xiàn)狀與我們依據(jù)實驗得出的結(jié)論組成。本項目的大概過程如PPT所示，立項成功后的前期準備工作大約花費了四個月， 之后的九個月我們 都在制備試樣與對試樣做基礎(chǔ)力學測試。去年十月開始為期兩個月的界面測試與 分析，如SEM金相組織分析等。2014年12月至今，我們都在優(yōu)化參數(shù)方案， 整理實驗數(shù)據(jù)等。（第十四頁）按照實驗標準，制備拉伸試樣尺寸如圖所示（在黑板上畫圖）在加載 速度為1mm/mi n的條件下進行拉伸實驗，拉伸后結(jié)果如左圖所示

6、。鈦銅鋼層狀界 面抗拉強度與擴散溫度、保溫時間的關(guān)系如下一頁所示。保溫時間相同時，隨著燒結(jié)溫度的升高，界面的抗拉強度隨之升高。因為溫 度低時，原子互擴散量少，抗拉強度低；而當溫度提高時，原子互擴散量提高， 使抗拉強度升高。經(jīng)700-820 C擴散溫度、120min保溫時間處理后，界面抗拉強度大約在 100-175Maps之間。在820E擴散，隨著保溫時間的延長，雖然抗拉強度持續(xù)下 降，但是其斷裂位置均位于基材鋼板一側(cè)， 由此可證明 A5-A9 試樣的結(jié)合界面的 抗拉強度大于基材鋼板的抗拉強度。經(jīng)820E擴散溫度、120-240min保溫時間處理后，界面抗拉強度大約在 140-175MPa之 間

7、。（第十六頁）鈦/銅/鋼復合板三點彎曲試樣的尺寸為 60mm 20mm 120min的實驗條件下，鈦/銅/鋼界面均有良好的復合效果，均有擴散反應(yīng)層 出現(xiàn)，并且燒結(jié)溫度相同時， 隨著保溫時間從 120min-240min 的不斷增加， 擴散 反應(yīng)層寬度逐漸增加。(第十九頁)為進一步分析結(jié)合界面的元素分布， 對試樣A5( 820C, 120mi n)、A7( 820 C, 180min)、A9 (820C, 240min)進行界面線掃描，結(jié)果如圖所示。三種試樣的 鋼側(cè)與鈦側(cè)碳元素含量基本保持不變， 隨著保溫時間的延長， 銅元素從擴散層至 鈦板一側(cè)含量具有小幅度的增加， 鈦、鐵元素呈X型分布，鐵元素在鈦側(cè)的擴散 量隨保溫時間的延長而稍有增加, 鈦元素在鋼側(cè)含量較低且沒有明顯變化, 說明 鐵原子在相同條件下較鈦原子擴散能力強。(第二十頁)測試結(jié)果表明，加入中間過渡金屬銅之后，制備出的層狀復合板材結(jié)合處形成的金屬化合物有明顯的減少，說明加入中間過渡金屬銅有助于鈦 / 鋼復合板材的復合。而通過種種測試結(jié)果分析得出結(jié)論： 燒結(jié)溫度820C，保溫時間240min(第二十一頁)這次課題的完成的過程，也是我越來越認識到自己知識與經(jīng)驗缺乏的過程。 雖然，我們盡可能地收集材料，竭盡所能運用自己所學的知識進行試驗與測試