激光熔覆原位生长TiB2/TiC增强铁基涂层组织及性能

目的 采用激光熔覆技术在45钢表面制备原位生长的TiB₂、TiC陶瓷相,以提高铁基涂层的耐磨性能。方法 利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)研究铁基复合涂层的相组织、显微组织。使用显微硬度计、磨损实验机等仪器进行显微硬度和耐磨性的测试。结果 在铁基粉末中添加Ti、B₄C后,涂层原位生长出均匀分布的TiB₂、TiC陶瓷相,其数量随着(Ti+B₄C)添加量的增加而增多。经过扫描电镜结合EDS判定TiB₂多呈矩形形貌,TiC呈球形或花瓣状。在原位生长过程中,TiB₂优先形成,而TiC多依附在TiB₂周围,以颗粒状存在。铁基复合涂层的显微硬度随着(Ti+B₄C)添加量的增加逐级增加,质量分数为30%的(Ti+B₄C)复合涂层的硬度最高(1 086HV0.2),比铁基涂层(611HV0.2)的硬度提高了约0.78倍。复合涂层的磨损性能得到明显改善,其中质量分数为...     

电弧熔炼Ti6Al4V/B4C复合材料微观组织与力学性能

采用真空电弧熔炼技术制备了不同含量B₄C的Ti6Al4V/B₄C钛基复合材料,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、静态压缩及拉伸测试等对其微观组织及力学性能进行了表征分析. 结果表明,电弧熔炼过程B₄C与钛基体原位反应生成TiB,TiC及TiB₂相,TiB呈现一维生长晶须状,TiC呈现颗粒状,在B₄C质量分数为10%时生成块状TiB₂,并可能会形成特殊的中空棱柱状结构Ti(B_xC_y)聚合物. 原位反应生成的TiB₂可显著提高钛基复合材料的显微硬度. 当B₄C质量分数为0.5%时,钛基复合材料原位反应生成的连续网状、均匀分布的TiB和TiC试样具有最优力学性能,试样最大抗压强度值达到1 990 MPa,最大压缩应变为35.5%,压缩性能超过熔炼钛合金,抗拉强度达到1 034 MPa,与熔炼钛合金材料相比提高近24%,但塑性有所降低,并随着B₄C含量增加,抗拉强度逐渐下降,其断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂.     

TIG熔覆原位自生TiC-TiB2/Fe复合涂层

利用氩弧作为热源,以G302铁基合金粉、FeTi70粉和B₄C粉作为原料粉末,在Q235表面原位生成TiC-TiB₂增强的铁基复合涂层. 采用一系列的分析测试方法对涂层进行了表征,结果表明,氩弧熔覆过程冶金反应充分,熔覆层中生成了TiC,TiB₂和M₇C₃等硬质增强相;熔覆层组织呈现出由母材界面到熔覆层表面硬质相逐渐增多的梯度分布特征. 增加FeTi70和B₄C粉末比例提高了熔覆层硬度,质量比为G302:FeTi70:B₄C=6:3:1时,试样最大硬度达到976 HV0.1,是母材硬度的5倍左右. 在与GCr15钢对磨时,熔覆试样磨损量仅为Q235钢的1/30左右,熔覆层磨损表面基本无塑性变形痕迹,涂层中坚硬的TiC,TiB₂陶瓷相起到阻磨作用.     

激光熔覆原位合成陶瓷相增强铁基熔覆层的组织和性能

利用6 kW光纤激光器在Cr12MoV汽车模具钢表面激光熔覆含有Ti-Fe,B₄C粉末的铁基合金粉,在汽车模具钢表面直接原位合成TiC+TiB₂颗粒增强的铁基合金复合涂层.涂层与基体呈良好的冶金结合,涂层组织细小,结构致密,宏观质量较好. XRD分析结果表明,涂层组织由α-Fe,TiC,TiB₂组成. TiC,TiB₂相均匀分布于熔覆层中.由于TiC,TiB₂硬质相的形成以及激光的快速凝固冷却获得的细晶组织,使得熔覆层的显微维氏硬度有了明显提高.在距离熔覆层表面1.2 mm处显微维氏硬度高达1000 HV,有利于促进熔覆层耐磨性的提高.     

Ag-Cu+WC复合钎料钎焊ZrO2陶瓷和TC4合金

采用新型Ag-Cu+WC复合钎料进行ZrO₂陶瓷和TC4合金钎焊连接,探究了接头界面组织及形成机制,分析了钎焊温度对接头界面结构和力学性能的影响. 结果表明,接头界面典型结构为ZrO₂/TiO+Cu₃Ti₃O/TiCu+TiC+W+Ag_(s,s)+Cu_(s,s)/TiCu₂/TiCu/Ti₂Cu/TC4. 钎焊过程中,WC颗粒与Ti发生反应,原位生成TiC和W增强相,为Ti-Cu金属间化合物、Ag基和Cu基固溶体提供了形核质点,同时抑制了脆性Ti-Cu金属间化合物的生长,优化了接头的微观组织和力学性能. 随钎焊温度的升高,接头反应层的厚度逐渐增加,WC颗粒与Ti的反应程度增强. 当钎焊温度890 ℃、保温10 min时,复合钎料所得接头抗剪强度达到最高值82.1 MPa,对比Ag-Cu钎料所得接头抗剪强度提高了57.3%.     

(Ag-Cu-Ti)+(Ti+C)复合钎料钎焊Cf/SiC复合材料与TC4钛合金

Ag-Cu-Tj复合钎料中加入Ti粉和石墨碳粉作为中间层,在适当的工艺条件下真空钎焊Cf/SiC复合材料与TCA.利用SEM,EDS,XRD分析接头微观组织,利用剪切试验检测接头力学性能.结果表明:钎焊时,复合钎料中的Ti与Cf/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面形成由Ti3、SiC2相、Ti5Si3相和少量TiC化合物组成的混合反应层.复合钎料中的Cu与Ti合金中的Ti发生互扩散,在连接层与Ti合金界面形成不同Ti含量的Cu-Ti化合物过渡层.钎焊后,连接层中Ti和石墨碳反应形成的TiC微粒均匀分布在复合连接层中,缓和了接头的热应力.当连接温度为910℃,保温时间为25 min时,可得到接头剪切强度为145 MPa.     

Cu-Ti-C反应复合-扩散连接Cf/SiC复合材料和TC4钛合金接头的组织结构

用Cu粉、Ti粉、石墨粉组成的混合粉末连接Cf/SiC陶瓷基复合材料和TC4钛合金,采用X射线衍射、扫描电镜和能谱仪对接头组织结构进行分析.结果表明:在Cu-(15～30)Ti(ω,%)粉末中加入适量石墨粉作钎料,经900～950℃、5～30 min真空钎焊,获得了完整的原位合成TiC增强的复合接头.通过在连接层中原位合成一定体积分数TiC可以明显降低接头热应力.钎料石墨颗粒中的C元素和液相连接层中Ti元素发生相互扩散,形成了残余石墨颗粒周围的TiC反应层和分布在连接层中的TiC颗粒.反应速率主要受C元素由石墨颗粒向液相连接层的扩散速率所控制.     

连接温度对TiAl/Ti3AlC2扩散焊接头界面结构及性能的影响

采用Ti/Ni复合中间层实现了TiAl合金和Ti₃AlC₂陶瓷的扩散连接,利用SEM,XRD等分析方法对接头界面结构进行了分析.结果表明,TiAl/Ti₃AlC₂接头典型界面结构为TiAl/Ti₃Al+Al₃NiTi₂/Ti₃Al/α-Ti+Ti₂Ni/Ti₂Ni/TiNi/Ni₃Ti/Ni/Ni₃(Ti,Al)/Ni₃Al+TiC_x+Ti₃AlC₂/Ti₃AlC₂.随着连接温度的升高,TiAl/Ti界面处的Ti_ss层逐渐减小,Ti₃Al化合物层逐渐变厚;TiNi化合物层厚度显著增加,Ti₂Ni和Ni₃Ti层厚度基本保持不变.接头抗剪强度随连接温度升高先增加后减小,当连接温度为850℃时,接头的抗剪强度最高可达到85.3 MPa.接头主要在Ni/Ti₃AlC₂界面及Ti₃AlC₂基体处发生断裂.     

TiNiNb钎焊Cf/SiC与TC4接头组织结构

文中在钎焊温度980℃、钎焊时间15 min的条件下,采用Ti_54.8Ni_34.4Nb_10.8（原子分数,%）共晶合金粉末真空钎焊C_f/SiC复合材料与TC4钛合金.用SEM,EDS及差热分析法（DTA）观察测定了钎料组织、成分及熔点,分析了钎焊接头的微观组织结构.结果表明,Ti_54.8Ni_34.4Nb_10.8共晶钎料由Ti₂Ni及Ti（Nb,Ni）化合物组成,实际熔点为935℃.钎焊过程中,Ti和Nb元素与复合材料反应形成TiC和NbC混合反应层;钎料中的镍与TC4中的镍发生互扩散,在TC4钛合金侧形成扩散层;连接层由弥散分布的Ti（Nb,Ni）化合物和Ti₂Ni相组成.C_f/SiC与连接层界面为接头最薄弱环节,此处易形成裂纹.     

SiC陶瓷真空钎焊接头界面结构及机理分析

采用Ti-Zr-Ni-Cu钎料对SiC陶瓷进行了真空钎焊,研究了SiC陶瓷真空钎焊接头的界面显微组织和界面形成机理.试验中采用扫描电子显微镜(SEM)对接头组织进行了观察,并进行了局部能谱分析.结果表明,接头界面产物主要有TiC,Ti₅Si₃,Zr₂Si,Zr(s,s),Ti(s,s)+Ti₂(Cu,Ni)和(Ti,Zr)(Ni,Cu)等.接头的界面结构可以表示为:SiC/TiC/Ti₅Si₃+Zr₂Si/Zr(s,s)/Ti(s,s)+Ti₂(Cu,Ni)/(Ti,Zr)(Ni,Cu).钎焊过程分为五个阶段:钎料与母材的物理接触;钎料熔化和陶瓷侧反应层开始形成;钎料液相向母材扩散、陶瓷侧反应层厚度增加,钎缝中液相成分均匀化;陶瓷侧反应层终止及过共晶组织形成;钎缝中心金属间化合物凝固.在钎焊温度960℃,保温时间10 min时,接头抗剪强度可达110 MPa.     

Effects of Forming Conditions and TiC–TiB_2 Contents on the Microstructures of Self-Propagating High-Temperature Synthesized NiAl–TiC–TiB_2 Composites

The NiAl–TiC–TiB2 composites were processed by self-propagating high-temperature synthesis(SHS) method using raw powders of Ni, Al, Ti, B4 C, TiC, and TiB2, and their microstructure and micro-hardness were investigated. The TiC–TiB2 in NiAl matrix, with contents from 10 to 30 wt%, emerged with the use of two methods: in situ formed and externally added. The results show that all final products are composed of three phases of NiAl, TiC, and TiB2. The microstructures of NiAl–TiC–TiB2 composites with in situ-formed TiC and TiB2 are fine, and all the three phases are distributed uniformly. The grains of NiAl matrix in the composites have been greatly refined, and the micro-hardness of NiAl increases from 381 HV100 to 779 HV100. However, the microstructures of NiAl–TiC–TiB2 composites with externally added TiC and TiB2 are coarse and inhomogeneous, with severe agglomeration of TiC and TiB2 particles. The samples containing externally added 30 wt% TiC–TiB2attain the micro-hardness of 485 HV100. The microstructure evolution and fracture mode of the two kinds of NiAl–TiC–TiB2 composites are different.     

Densification, microstructure and mechanical properties of TiB2-B4C based composites

The effect of boron carbide (B₄C) additions on the densification and sintering behavior of a titanium diboride (TiB₂) matrix was determined. Due to the milling process, iron and tungsten carbides (WC-Co) were included as a contaminant or a third phase in the composite. When adding from 10 to 30 wt% of B₄C to TiB₂ along with 0.5 wt% Fe sintered densities were increased from 96 to 99.9%. A small amount (0.5 wt% Fe) enhanced densification of TiB₂. However, larger quantity (5 wt% Fe) leads to volatilization of the iron when sintering at high temperature and exaggerated grain growth. Solid solutions of (Ti,W)B₂ were also detected when 3 wt% WC-Co was present. Microstructural coarsening was inhibited by incorporation of B₄C particles and mechanical properties were consequently improved.     

氩弧熔覆原位合成TiC-TiB2复合抗氧化涂层

为了提高石墨电极的高温抗氧化性能,以钛粉和B₄C粉为原料,采用氩弧熔覆技术在石墨电极表面原位反应合成TiC-TiB₂复合涂层. 利用X射线衍射分析、蔡司电子显微镜和扫描电子显微镜对涂层的组织形貌和物相组成进行了分析,利用间歇法测试了TiC-TiB₂复合涂层的高温抗氧化性能. 结果表明,熔覆层由花瓣状的TiC颗粒和棒状的TiB₂颗粒组成,熔覆层与石墨基体热匹配性好,表面无裂纹和气孔等缺陷,且熔覆层具有良好的抗高温氧化性能,1 300℃高温氧化6 h,氧化增重率为0.546 mg/mm2·h-1.     

固溶处理对TiB2/6061复合材料硬度及耐磨性的影响

采用氟盐法制备了TiB₂质量分数为3%的原位合成TiB₂/6061复合材料,研究了固溶温度和固溶时间对复合材料硬度和耐磨性能的影响。结果表明:TiB₂颗粒弥散分布在6061铝合金基体中,明显细化6061铝合金基体晶粒。当固溶温度一定时,随固溶时间延长,复合材料的硬度和耐磨性可获得明显提高,但固溶时间在6~10 h时,复合材料的性能变化不显著。当固溶时间一定时,随固溶温度升高,复合材料硬度和耐磨性呈现先上升后下降的趋势。3wt%TiB₂/6061复合材料经530 ℃×10 h固溶处理后,硬度和耐磨性能最佳,相较于铸态硬度值提高了79.5％,磨损量减少了59.1%。固溶处理后复合材料的磨损表面犁沟变细变浅,材料脱落现象减少。     

Ti6Al4V合金表面氩弧熔覆原位合成TiC-TiB2增强钛基复合涂层组织与耐磨性

以B4C和Ni60A粉末为预涂材料,采用氩弧熔覆技术,在Ti6Al4V合金表面原位合成TiC与TiB₂增强相增强钛基复合材料涂层.运用XRD,SEM等分析手段研究了复合涂层的显微组织,利用显微硬度仪测试了复合涂层的显微硬度并用磨损试验机分析了其在室温干滑动磨损条件下的耐磨性能.结果表明,熔覆层组织主要由TiC和TiB₂组成,TiC颗粒和TiB₂颗粒弥散分布在基体上,TiC颗粒的尺寸为2~3μm,而呈长条状的TiB₂颗粒尺寸为3~5μm.显微硬度和耐磨性测试结果表明,该复合涂层显微维氏硬度高达1200MPa左右,复合涂层的耐磨性能比Ti6Al4V基体提高约20倍.     

In situ technique for synthesizing multiple ceramic particulates reinforced titanium matrix composites (TiB + TiC + Y2O3)/Ti

In situ synthesized titanium matrix composites reinforced with multiple ceramic particulates including TiB, TiC and Y₂O₃ were fabricated by non-consumable arc-melting technique utilizing the chemical reaction among Ti, B₂O₃, B₄C and Y. The thermodynamic feasibility of the in situ reactions has been considered. X-ray diffraction (XRD) was used to identify the phases in the composites. Microstructures of the composites were observed by means of optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM) and electron probe. It is concluded that multiple reinforcements are synthesized and they show different shapes: TiB grows in needle shape; TiC grows in near-equiaxed and rod-like shapes; Y₂O₃ grows in near-equiaxed shapes when the content of Y is 0.6 wt.% and grows in dendritic shapes when the content of Y increases to 1.8 wt.%. Reinforcements TiB, TiC and Y₂O₃ are distributed uniformly in the titanium matrix.     

不同TiN含量整体式PCBN复合材料微观组织及性能研究

在高温高压烧结条件下以TiN为主要结合剂,加入一定量的Al,研究TiN含量对整体聚晶立方氮化硼(PCBN)复合材料微观组织与力学性能的影响。分别对烧结样品进行物相组成分析、微观结构观测以及体积密度和硬度测试。结果表明:CBN与结合剂TiN、Al反应生成TiB₂、AlN,TiN与Al发生反应生成Al₃Ti ,TiN与反应生成物AlN、TiB₂、Al₃Ti等构成黏结相均匀分布于 CBN晶界周围,牢固地将CBN 晶粒黏结在一起,有效地提高了整体PCBN复合材料的结合强度。低含量TiN对整体PCBN的致密度和硬度均有一定程度的提升,在TiN、Al、CBN的质量分数分别为10%、10%、80%时,整体PCBN复合材料的力学性能达到最佳。      

Ti-6Al-4V合金表面激光熔覆TiAlSi+xB4C涂层的组织及耐磨性

利用激光熔覆在Ti-6Al-4V合金表面制备了TiAlSi+xB₄C涂层,分析比较不同B₄C含量对于涂层显微组织、显微硬度和耐磨性能的影响。结果表明:B₄C含量不同,涂层中的物相种类差别不大;涂层的微观形貌由颗粒状晶、层状晶、胞状晶和短棒状晶组成;不同B₄C含量涂层的显微硬度分布趋势大致相同,与基材相比均有明显的提高,随着B₄C含量的增高,整体上涂层显微硬度逐渐增大,当B₄C的含量为8%时,涂层的显微硬度最高,达到1216 HV0.1,约为基体的4.2倍;而当B₄C含量过高时,涂层硬度降低,且涂层中出现微裂纹。通过磨损试验表明,不同B₄C含量的涂层耐磨损性能均明显的优于Ti-6Al-4V合金基体,含8%B₄C的涂层磨损量最小。熔覆不同含量B₄C的涂层明显改善了基体Ti-6Al-4V合金的表面性能。     

YG8硬质合金表面激光熔覆WC/TiC/Co涂层的组织及性能

通过激光熔覆方法在YG8硬质合金表面制备WC/TiC/Co涂层,借助扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)观察组织结构并分析其物相组成,并对其显微组织、硬度分布和摩擦磨损性能进行了观察和测量。结果显示:涂层表面平整,与基体结合紧密,截面形貌良好没有明显缺陷。表层和两侧存在未熔的WC颗粒,熔覆层中WC颗粒消失,新产生的组织分布均匀。受激光影响,热影响区中的WC晶粒发生重结晶和再结晶。熔覆层主要物相为WC、W₂C、(Ti,W)C_1-x、M₆C(Co₄W₂C、Co₃W₃C)等,这些硬质相和碳化物的生成及弥散分布提高了熔覆层性能。通过测量,熔覆层硬度分布在1700~1800 HV0.5,最高为1783 HV0.5,高于YG8硬质合金,而热影响区和基体的硬度则稍有下降;耐磨性也有大幅提高,熔覆层体积磨损量比YG8合金减少90.67%,平均摩擦因数为0.293,主要磨损形式为磨粒磨损。