铸造/SHS法制备TiC-Al2O3钢基表面复合层的研究

采用Ti-C-Al-Fe2O3反应体系,结合自蔓延高温合成（SHS）和铸造两种工艺,制备TiC-Al2O3钢基复合材料.对Ti-C-Al-Fe2O3体系进行了热力学计算,并结合XRD及DSC分析,为本体系合成TiC,Al2O3提供理论依据.热力学计算表明：在1600℃的钢液引燃的SHS反应过程中,只能生成Al2O3,TiC两种产物.通过XRD分析也证明了在反应产物中只有Al2O3,TiC两种物质形成.并对本体系的动力学进行分析,结果表明,紧实率为55%～65%的预制块,反应进行的最充分,钢液的浸渗能力最强;陶瓷增强颗粒尺寸随着过量Al元素的增加而逐渐减小并且分布更均匀.     

(Ti,Fe)-Al-C体系钢铁基复合材料的热力学计算与分析

利用溶液热力学理论,研究了(Ti,Fe)AlC体系钢铁基复合材料可能的反应产物的吉布斯自由能变化。热力学实验模型是在FeC熔液中加入钛铁合金(Ti,Fe)和纯铝块,继续加热到1600℃,熔液经过充分混合、反应后随炉冷却到常温。计算结果表明,TiC先于Fe2Ti、Fe3C等相生成,但始终没有Al4C3和TiAl3相产生;体系中TiC的热力学稳定性最高;在凝固过程中,TiC相优先析出,随后可能有Fe2Ti、Fe3C等相析出;铝含量的增加能够促进TiC、Fe2Ti、Fe3C等相的生成。     

Ti-Al-Nb2O5体系热压反应过程分析

通过DSC、XRD以及相关热力学计算分析了Ti-Al-Nb2O5体系的热压反应过程.结果表明:反应初期随着Al的熔化Al3Ti作为初生相出现,Al与Nb2O5的置换反应大约起始于900℃;温度继续升高,不稳定相Al3Ti与Ti进一步反应形成稳定的TiAl与Ti3Al相;在1 100℃下保温1 h后,反应体系合成了以TiAl、Ti3Al为基体,以Al2O3、NbAl3为增强相的TiAl基复合材料.     

热压TiAl/Ti2AlC复合材料的相形成规律

采取原位热压方法，利用Ti、Al、TiC为原料合成了TiAl／Ti2AlC复合材料。通过X衍射图谱，分析了从600℃到1300℃该合成过程的相形成规律。Ti、Al、TiC的反应大致可分为2个阶段：900℃之前，Ti和Al反应生成TiAl金属化合物；900℃之后，TiAl金属间化合物和TiC反应并合成致密TiAl／Ti：AlC复合材料。讨论了这2个阶段的反应机及烧结产物的微观结构特点。     

Ti-C-Al-Fe2O3体系原位合成钢基复合材料组织与形貌研究

采用Ti-C-Al-Fe2O3反应体系,结合铸造和自蔓延高温合成（SHS）两种工艺,在湿砂型中浇注高温熔融的钢水,引燃SHS压块,从而发生自蔓延高温合成反应,生成了高硬度的陶瓷相TiC、Al2O3.通过改变Ti-C-Al-Fe2O3体系组分配比,探讨了体系在金属液内SHS反应对原位内生TiC、Al2O3尺寸与分布的影响.结果表明,随着过量Al元素的增加,陶瓷增强颗粒尺寸逐渐减小且分布更均匀;稀土CeO2加入量的增加,增强区更加致密,稀土CeO2添加剂含量为0.8%时制备的复合材料中原位形成的Al2O3、TiC颗粒尺寸较小,分布均匀.     

TiC/Ti-Al基复合材料的燃烧合成

为了改善Ti-Al金属间化合物的脆性,利用SHS/PHIP工艺制备了TiC/Ti-Al基复合材料.理论分析表明,绝热温度随C质量分数的增加而呈升高趋势,当体系中碳的质量分数≥2%时,该体系能完成自蔓延过程.采用电子扫描显微镜,X射线衍射仪对合成产物进行了分析.结果表明,合成产物中除存在基体相Ti3Al和TiAl和增强相TiC外,还存在许多三元相Ti3AlC和Ti2AlC相;随着Al质量分数的增加,增强相的形貌由颗粒状逐渐变成棒状或片状;复合材料的硬度和压缩强度随C质量分数的增加逐渐增加,但密度及相对密度随C质量分数的增加呈先增加后降低的趋势.当C的质量分数达到4%时,其实际密度和相对密度均达到最大.     

掺杂对Al_2O_3/TiAl复合材料性能的影响

本研究采用Ti-Al-TiO2-La2O3体系,通过热压烧结工艺原位合成了Al2O3/TiAl复合材料.借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析研究了材料的物相组成和微观组织结构,同时分别将掺杂La2O3和掺杂Fe2O3对合成Al2O3/TiAl复合材料微观结构和力学性能的影响进行了对比.结果表明:掺杂La2O3合成的Al2O3/TiAl复合材料基体尺寸相对掺杂Fe2O3合成产物较小,分散更加均匀,致密度更高.当La2O3掺杂量为3.93wt%时,Al2O3/TiAl复合材料的抗弯强度和断裂韧性达到最大值,分别为701.95MPa和7.79MPa·m1/2.由于稀土氧化物具有对基体和增强颗粒的净化,细化晶粒等作用,因此提高了TiAl基体与Al2O3增强颗粒结合强度,所以掺杂La2O3合成材料的力学性能相比掺杂Fe2O3合成的产物较高.     

Fe-C-Ti-Mn合金系中TiC原位生成反应的热力学分析

根据溶液热力学理论对Fe C Ti Mn体系中TiC增强体的原位合成进行了热力学分析。计算表明,体系中TiC优先于Fe3C和Fe2Ti形成,且在热力学上比Fe3C和Fe2Ti稳定。多数情况下,TiC基体合金在液态未凝固时即可形成,而Fe3C和Fe2Ti则是在合金凝固和冷却过程中才有可能析出。随C含量增加,形成TiC和Fe3C的可能性增大;随Ti含量增加,形成Fe2Ti的可能性增大,而形成Fe3C的可能性减小;高Ti高C时,有利于形成TiC,高Ti低C时有利于形成Fe2Ti;高C低Ti时有利于形成Fe3C;添加适量的Mn既可有效抑制Fe3C的形成,又明显降低TiC的合成温度,使大多数TiC的合成反应发生在合金熔体充满铸型后的冷却、凝固过程中,可能解决TiC过早析出、熔体粘度增大、充型困难等问题。     

原位合成TiC/Fe基复合材料的组织结构和磨损性能

利用粉末冶金技术,在真空状态下使Fe-Ti-C体系进行碳化反应原位合成TiC/Fe基复合材料,用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析复合材料的组织结构和相组成,用热分析法和高温X射线衍射研究Fe-Ti-C体系原位合成的反应机理,用MM-200磨损试验机对复合材料进行耐磨性实验.研究结果表明,反应合成的复合材料主要相组成为TiC、α-Fe和Fe3C,所合成的硬质相TiC颗粒细小,在铁基体中均匀分布.三元体系Fe-Ti-C的反应机理为,首先在765.6 ℃发生Fe的同素异构转变,即α-Feγ-Fe;其次在1078.4 ℃,Ti与Fe共熔而形成低共熔体Fe2Ti;最后在1138.2 ℃,C与Fe2Ti反应生成TiC.在重载干滑动磨损条件下此复合材料显示了很好的耐磨性能.     

Preparation of TiAl/Ti2AlC Composites with Ti/Al/C Powders by In-situ Hot Pressing

TiAl/Ti2AlC composites were prepared by in-situ hot pressing of TilAl/C powders mixtures and sintered at different temperatures were investigated by X- ray diffraction （ XRD ） of samples. The reaction procedure of Ti-Al-C system could be divided into three stnges. Below 900℃ , Ti reacts with Al to form TiAl intermetallics ; above 900 ℃ , C reacts with remain Ti to form TiC triggered by the exothermal reaction of Ti and Al ; TiAl reacts with TiC to produce dense TiAl/Ti2AlC compasites.In the holding stage, ternary Ti2AlC develops to layered polycrystal and composites pyknosis in the meanwhile. The mechanism of synthesis and microstructure was especially discussed.     

Instability of TiC and TiAl3 compounds in Al-10Mg and Al-5Cu alloys by addition of Al-Ti-C master alloy

The performance of Al-Ti-C master alloy in refining Al-10Mg and Al-5Cu alloys was studied by using electron probe micro-analyzer （EPMA） and X-ray diffractometer （XRD） analysis. The results indicate that there are obvious fading phenomena in both Al-10Mg and Al-5Cu alloys with the addition of Al-5Ti-0.4C refiner which contains TiC and TiAl3 compounds. Mg element has no influence on the stability of TiC and TiAl3, while TiC particles in Al-10Mg alloy react with Al to form Al4C3 particles, resulting in the refinement fading. However, TiC particles are relatively stable in Al-5Cu alloy, while TiAl3 phase reacts with Al2Cu to produce a new phase Ti（Al, Cu）2, which is responsible for the refinement fading in Al-5Cu alloy. These indicate that the refinement fading will not occur only when both the TiC particles and TiAl3 compound of Al-Ti-C refiner are stable in Al alloys.     

几种氧化铝基陶瓷材料的摩擦特性及有限元分析

利用高速环-块摩擦磨损试验机,研究了Al2O3、Al2O3/Ti(C,N)、Al2O3/TiC/CaF2陶瓷材料在室温下与45#钢干摩擦时的摩擦特性,并利用ANSYS分析了摩擦过程中的应力分布。结果表明:纯Al2O3和Al2O3/Ti(C,N)随着转速和载荷(载荷为10 N除外)的增加摩擦系数呈下降趋势;Al2O3/TiC/CaF2的摩擦系数先随转速增大而略有上升,然后减小,随着载荷(载荷为10 N除外)的增加摩擦系数减小。与Al2O3相比,Al2O3/Ti-(C,N)陶瓷的最大主应力和最大剪应力接近,但力学性能优于Al2O3陶瓷,使磨粒的刻划作用减弱,摩擦磨损性能改善;Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷的主应力和剪应力明显降低,并且在摩擦过程中自润滑陶瓷能在摩擦表面形成一层自润滑膜,从而改善了摩擦磨损性能。     

Effects of HIPing pressure on microstructures and properties of TiAl alloy

ＴｉＡｌａｌｌｏｙｉｓａｃａｎｄｉｄａｔｅｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒａｄｖａｎｃｅｄａｅｒｏｓｐａｃｅａｉｒｆｒａｍｅｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙ ,ｇｏｏｄｏｘｉｄａ ｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｈｉｇｈｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｅｎｇｔｈａｔｈｉｇｈｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ.Ｈｏｗｅｖｅｒ,ｉｔｓｌｏｗｅｒｔｅｎｓｉｌｅｄｕｃｔｉｌｉｔｙａｔａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓｈｉｎｄｅｒｉｎｇｉｔｆｒｏｍｂｅｉｎｇｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄ[1,2 ] .Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｅｍｅ…     

Al-Ti-C grain refiner made by ultrasonic levitation

An electrostrictive uniaxial ultrasonic levitation reaction system was designed to perform TiC synthesis reaction by suspending graphite powder in Al-3Ti melt and an Al-3Ti-0.15C grain refiner alloy was obtained. The results show that sound pressure node in which graphite suspends is formed in the melt between radiation block and reflecting board by ultrasonic and TiAl3 particles congregate around C powder. Meanwhile, due to ultrasonic cavitation, dissolved TiAl3 provides better surface condition for the synthesis reaction of TiC. The reaction route is that C and dissolved Ti react to form TiC. Ultrasonic cavitation has a thermal activation effect on TiC particles and Al-3Ti-0.15C refiner has excellent microstructural refining effect on α-Al.     

机械诱发自蔓延反应合成Ti3AlC2的机理研究

以3Ti／Al／2C粉体为原料,采用机械合金化的方法以合成Ti3AlC2材料。研究结果表明,在机械合金化过程中诱发自蔓延反应,反应会产生大量坚硬的小块体颗粒,大小约为0．2-11mm。粉体的组成相为TiC、Ti3AlC2、Ti2AlC,而块体仅含有TiC和Ti3AlC2。获得的粉体和块体产物中Ti3AlC2含量分别约为63wt％和84．8wt％。提出了一个机械诱发自蔓延反应合成Ti3AlC2的反应机制,即Ti3AlC2是从固相TiC与Ti-Al液相中形核并长大。     

Preparation of TiAl/Al_2O_3 composites by combustion synthesis

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｉｔａｎｉｕｍａｌｕｍｉｎｉｄｅｓｂａｓｅｄｏｎＴｉＡｌｈａｖｅｅｘｃｅｌ ｌｅｎｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｔｏｔａｋｅｔｈｅｐｌａｃｅｏｆｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｔｉｔａｎｉ ｕｍａｎｄｎｉｃｋｅｌａｌｌｏｙｓｉｎａｄｖａｎｃｅｄｓｐａｃｅｃｒａｆｔｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙ ,ｇｏｏｄｅｌｅｖａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｈｉｇｈｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏｏｘｉｄａｔｉｏｎ[1～ 3] .Ｈｏｗｅｖｅｒ ,ｔｈｅｗａｙｔｏｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐ…     

Al2O3对3Ti/Si/2C体系自蔓延高温合成Ti3SiC2的影响

以3Ti/Si/2C粉体为原料,通过自蔓延高温合成技术合成了Ti3SiC2材料。研究了Al2O3助剂对自蔓延高温合成Ti3SiC2的影响。研究结果表明,3Ti/Si/2C粉体会发生自蔓延反应,产物的组成相为TiC、Ti3SiC2和Ti5Si3,产物中Ti3SiC2含量约为23%。添加适量的细粒度Al2O3可显著促进反应合成Ti3SiC2,3Ti/Si/2C/0.1Al2O3原料反应后得到的产物中Ti3SiC2含量达64%。