TiC-TiB2细晶陶瓷凝固组织、断裂行为与原位增韧

通过采用超重力下燃烧合成制备TiC-TiB2细晶陶瓷,研究了陶瓷凝固组织与晶体生长特征,探讨了陶瓷显微组织与断裂行为、增韧机制的关系。XRD、FESEM与EDS分析表明,TiC-TiB2复合陶瓷基体主要由大量细小的TiB2片晶及分布其周围的形状不规则的TiC相构成,TiB2片晶的形成是因其小平面晶体生长特性所致,而不规则TiC的晶体形貌则是因非小平面晶体生长特性及高的生长速率所造成的。陶瓷相对密度、硬度(HV)、弯曲强度及断裂韧度分别为98.6%、21.8GPa、650MPa、12.5MPa·m1/2,并且陶瓷增韧是小尺寸TiB2片晶的裂纹偏转、裂纹桥接、片晶拔出及摩擦互锁原位增韧机制协同作用的结果。     

超重力场反应加工TiB2基凝固陶瓷——Ti-6Al-4V多尺度多层次复合研究

采用超重力场反应加工技术,通过陶瓷-钛合金之间熔化连接与原子互扩散,制备出TiB2基凝固陶瓷—Ti-6Al-4V层状复合材料。XRD、FESEM及EDS分析发现,正是作为陶瓷基体相的TiB2片晶(或板晶)可诱发强烈的自增韧机制,使TiC-TiB2细晶凝固陶瓷具有高的弯曲强度与断裂韧性,并且也正是因在超重力场反应加工引发的热真空环境下钛合金与液态陶瓷发生熔化连接与原子互扩散,进而在凝固后期相继诱发TiB2与Ti液的包晶反应、TiB自钛液的析晶反应及TiB与钛液的共晶反应,最终实现以TiB2、TiB尺寸与分布为特征的陶瓷—钛合金多尺度(微米—亚微米—微纳米)多层次(TiC/TiB2—TiC1-x/TiB/TiB2—TiB2/Ti/TiC1-x/TiB—TiB2/TiC1-x/TiB/Ti—TiB/TiC1-x/Ti—TiC1-x/Ti—Ti)复合。     

基于Ti-B_4 C-C反应自生TiC-TiB_2复合陶瓷的结构演化北大核心CSCD

采用超重力辅助反应加工技术,制备出了TiC-TiB2复合陶瓷。XRD、SEM与EDS结果表明,TiC-TiB2复合陶瓷主要由大量、细小的TiB2片晶均匀分布于TiC基体上的独特组织构成。超重力下的燃烧化学和液相分离效应促使反应原料转化为纯净的Ti-W-Cr-C-B合金液,并随即发生凝固反应。TiC在凝固过程中率先形核,TiB2依附于TiC形核析出,二者以合作方式生长,但是由于TiC较TiB2具有更快的生长速率,从而形成TiC包覆TiB2片晶的独特组织。     

超重力场反应加工TiB2基陶瓷与钛合金复合的研究

采用超重力场反应加工技术,通过陶瓷-钛合金之间熔化连接与原子互扩散,成功制备出TiB2基凝固陶瓷-Ti-6Al-4V层状复合材料。经XRD、FESEM及EDS分析发现,正是作为陶瓷基体相的TiB2片晶(或板晶)可诱发强烈的自增韧机制,使TiC-TiB2细晶凝固陶瓷具有高的弯曲强度与断裂韧度,并且是在超重力场反应加工引发的热真空环境下钛合金与液态陶瓷的熔化连接与原子互扩散,进而在凝固后期诱发TiB2与Ti液的包晶反应、TiB自钛液的析晶反应及TiB与钛液的共晶反应,最终实现以TiB尺寸、分布为特征的陶瓷-钛合金多尺度(微米-亚微米-微纳米)多层次(TiC/TiB2-TiC1-x/TiB/TiB2-TiB2/Ti/TiC1-x/TiB-TiB2/TiC1-x/TiB/Ti-TiB/TiC1-x/Ti-TiC1-x/Ti-Ti)复合。     

TiC-TiB2准共晶复合陶瓷的微观结构与凝固行为

采用超重力下燃烧合成技术,制备出TiC-40%TiB2准共晶复合陶瓷。XRD、SEM与EDS结果表明,复合陶瓷主要由大量细小的TiB2片晶均匀分布于TiC基体上的共晶组织构成。超重力下的燃烧化学将获得纯净的Ti-W-Cr-C-B合金液,并随即发生凝固反应。TiC在凝固过程中率先形核,TiB2依附于TiC形核析出,二者以合作方式生长,但是由于TiC较TiB2具有更快的生长速率,从而形成TiC包覆TiB2片晶的准共晶组织。     

高能铝热剂对超重力场反应加工TiB2基凝固陶瓷耦合控制研究

通过在(Ti+B4C)体系中引入不同含量的(CrO3+Al)高能铝热剂,采用超重力场反应加工技术,在不同反应绝热温度下制备出含有不同质量分数Cr基合金相的TiC-TiB2凝固陶瓷。用XRD、FESEM和EDS对样品进行分析。结果表明,TiC-TiB2凝固陶瓷由大量细小的TiB2片晶、不规则TiC晶粒及分布于TiB2和TiC之间的Cr基合金相与少量孤立分布的Al2O3夹杂组成。通过增加高能铝热剂添加量,提高反应熔体绝热温度与增加金属液相的耦合效应,不仅能有效降低Al2O3夹杂物含量、促进陶瓷致密化,而且更有利于TiB2基体相片晶的超细晶(平均厚度小于1μm)生成,进而使陶瓷相对密度、抗弯强度与断裂韧性均显著提升。     

超重力下燃烧合成TiB_2-(Ti,W)C共晶复合陶瓷结构

采用超重力下燃烧合成工艺,可以制备出大体积凝固态碳硼化物基共晶复合陶瓷,同时为抑制TiC-TiB2复合陶瓷的热裂倾向,在制备过程中加入一定量的WO3作为铝热反应的氧化剂之一,通过燃烧合成获得Ti-W-Cr-C-B合金液相,进而制备出低缺陷、高致密性的TiB2-(Ti,W)C共晶复合陶瓷。XRD、FESEM与EDS结果显示,陶瓷基体主要由TiB2-(Ti,W)C共晶组织构成,且在基体边界上存在少量的Al2O3和Al2O3-ZrO2共晶组织。由于超重力诱发反应熔体内部分层,导致熔体中液态氧化物浮于熔体上层,而Ti-W-C-B合金液相则位于熔体下部,最终凝固生成TiB2-(Ti,W)C复合陶瓷。由于W/Ti无限互溶,W原子向TiC中扩散,在TiC中形成了(Ti,W)C固溶体,(Ti,W)C固溶体完全保持了TiC的晶格结构。性能测试表明,TiB2-(Ti,W)C共晶复合陶瓷的相对密度、硬度和断裂韧度均较高,分别为98.4%、26.4GPa和7.6MPa.m1/2。     

超重力场反应加工自增韧（Ti,W）C-TiB2凝固陶瓷刀具材料研究

采用超重力场反应加工技术制备出用于高速切削刀具的自增韧(Ti,W)C-TiB2凝固陶瓷。XRD、FESEM与EDS分析表明,(Ti,W)C-TiB2凝固陶瓷主要由大量细小的TiB2片晶及形状不规则的(Ti,W)C相构成,且TiB2片晶的形成是由其低生长速率的小平面晶体特性所致,而(Ti,W)C的晶体形貌则是由其高生长速率的非小平面晶体特性形成的。陶瓷相对密度、维氏硬度、弯曲强度及断裂韧性分别为98.3%、20.8GPa、(610±25)MPa与12.5MPa·m0.5。FESEM断口分析及裂纹扩展路径观察发现,(Ti,W)C-TiB2凝固陶瓷增韧是通过小尺寸TiB2片晶的裂纹偏转、裂纹桥接及摩擦互锁协同作用予以实现,而陶瓷的优异耐磨性主要取决于高硬度、高模量的细小TiB2基体相片晶。     

原位自生TiC-TiB2增强Fe基复合涂层的凝固特性及形成机理

以Ti、B4C和Fe粉为原料,利用氩弧熔敷技术在Q235钢基体表面制备出原位自生TiC-TiB2增强Fe基复合涂层.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对涂层的显微组织进行了分析.并分析了TiC和TiB2颗粒的形成机理和氩弧熔池的凝固特性.实验结果表明:熔敷层组织为TiC和TiB2弥散分布在α-Fe中,熔敷层与基体呈冶金结合,无裂纹、气孔等缺陷;涂层中TiC和TiB2的体积分数约为68%.形成机理主要是以固态扩散机制为主,TiC以小颗粒状和花瓣状先析出,后析出的TiB2多以六边形、短棒状存在,TiB2的组织比较粗大,TiC颗粒比较细小,TiB2的含量大于TiC含量.     

TiC-TiB_2复合陶瓷磨削裂纹的试验研究

本文基于压痕断裂力学,分析了TiC-TiB2复合陶瓷磨削裂纹的特征,并对TiC-TiB2复合陶瓷磨削裂纹的形成及扩展过程进行了研究。磨削实验发现：TiC-TiB2陶瓷磨削裂纹密度较大,为穿晶裂纹和沿晶裂纹的混合形式;裂纹易在陶瓷内部缺陷处形成,并因陶瓷显微组织不均匀性而发生钉扎、偏转、分叉及桥接,使得材料中裂纹的扩展呈现不连续性;TiB2硬质相会对裂纹的扩展有一定的阻碍作用。     

点焊电极表面电火花强化TiC-TiB2涂层

以Ti、B4C和Cu等粉末为原料,采用自蔓延高温合成工艺制备TiC-TiB2复合材料,并通过电火花表面强化在点焊镀锌钢板用电极的表面制备TiC-TiB2复合强化层。用四探针法测量了强化层的电导率,利用SEM和XRD分析了强化层的微观结构和物相,运用点焊实验测试了强化电极的使用寿命,初步分析了强化层对电极失效的影响。结果表明:电火花强化层致密无明显分层,强化层与基体间为牢固的冶金结合;强化层物相主要为TiB2、TiC、B2O3和Cu等,强化层中的非晶组织和组织细化使其衍射峰宽化;TiC-TiB2复合强化层的导电率可达86.53%IACS,具有良好的导电性能,适合制作点焊电极材料;强化电极的点焊寿命比无强化层电极大约提高了4倍。     

Microstructure and formation mechanism of in-situ TiC-TiB2/Fe composite coating

Steel matrix composite coatings locally reinforced with in situ TiC-TiB2 particulates were prepared by argon arc cladding（AAC） with different mass fractions of Fe and Ti＋B4C powders as the binding materials. The microstructure, micro-hardness and wear resistance were investigated using SEM, XRD, Micro-hardness Tester, and Friction and Wear Tester, respectively. The results show that the main phases of coating are TiC, TiB2 and a-Fe. The excellent metallurgical bonding is formed between the composite coating and substrate. The coating is uniform, continuous and almost defect-free and the particles are dispersively distributed in the cladded coating. Moreover, the formation mechanism was investigated. With the increase of the content of TiC＋TiB2, the micro-hardness and wear resistance are also improved at the room temperature under normal atmosphere conditions.     

Growth mechanism of reinforcements in in-situ synthesized (TiB TiC)/Ti composites

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｉｔａｎｉｕｍ ｂａｓｅｄｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ (ＴＭ Ｃｓ)ａｔｔｒａｃｔｅｘｔｅｎｓｉｖｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｏｗｉｎｇｔｏｔｈｅｉｒｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｍｏｄｕｌｕｓ ,ｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈ ,ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｔｅｌｅｖａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｗｉｄｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆａｖｉａｔｉｏｎ ,ａｅｒｏｓｐａｃｅａｎｄａｕ ｔｏｍｏｂｉｌｅ[1,2 ] .Ｃｏｍｐａｒｅｄｗ…     

NiAl含量对反应合成TiC-TiB_2-NiAl物相及组织结构的影响(英文)

以Ti、B4C、Ni、Al粉末为原料,通过自蔓延高温反应合成工艺(SHS)制备TiC-TiB2-NiAl复合材料,研究NiAl含量对反应产物的物相组成及组织结构的影响。结果表明:Ti+B4C+Ni+Al粉末SHS反应产物的物相组成为TiB2、TiC和NiAl,随着Ni+Al添加量的增多,NiAl相的衍射峰强度逐渐增强;TiB2、TiC和NiAl在基体中呈现不同的形态,其中TiB2呈六边形或长条状,TiC呈圆形,NiAl填充在TiC和TiB2颗粒之间;随着NiAl含量的增加,TiC-TiB2-NiAl复合材料的晶粒逐渐被细化,致密度和抗压强度均被提高,TiC的形态由不规则形状转变为圆形。复合材料的断裂方式由单纯的沿晶断裂转变为混合的沿晶断裂和穿晶断裂。     

TC4钛合金表面激光熔覆掺Y2O3复合涂层的显微组织和性能

目的提高钛合金表面的耐磨性能。方法在TiB_2:TiC=1:3的粉末配比下,添加不同质量分数Y_2O_3稀土氧化物,制备成膏状混合粉末。采用5 k W横流CO_2激光器,在TC4钛合金表面激光熔覆掺Y_2O_3的TiB_2和TiC粉末,制备耐磨性复合涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对激光熔覆层的微观形貌和组织成分进行了分析;用显微维氏硬度计对熔覆层的显微硬度进行了测量;用万能摩擦磨损试验机对熔覆层的耐磨性能进行了测试。结果添加4%Y_2O_3后,熔覆层中部组织明显细化,结合区由致密组织结构转变为晶须网状结构;熔覆层的最高显微硬度为1404.6HV0.2,是基体的3.7倍;熔覆层的磨损量减少了66.67%,且其摩擦系数有明显的降低。结论添加4%Y_2O_3对TC4钛合金表面激光熔覆TiB/TiC复合熔覆层耐磨性能有显著的提高。     

氧化物共晶陶瓷定向凝固研究进展

定向凝固氧化物共晶自生复合陶瓷具有优异的高温强度、抗氧化性、抗蠕变性以及良好的高温结构稳定性,被认为是新一代在高温氧化性气氛中长期工作的首选超高温结构材料之一。回顾了氧化物共晶自生复合陶瓷的发展历史,总结了目前定向凝固氧化物共晶陶瓷凝固组织和力学性能方面的研究现状,同时结合作者在本领域的研究,着重分析了高温度梯度定向凝固条件下氧化铝基共晶陶瓷的组织特征、凝固特性、力学性能以及增韧机制。最后展望了定向凝固氧化物共晶陶瓷的发展趋势。     

SHS制备纳米/微米结构抗弹陶瓷可行性研究

针对用于现代装甲防护的高性能抗弹陶瓷，以SHS冶金技术，通过材料原位合成手段并在大过冷条件下熔体发生共生共晶反应，快速一次性制备出自燃自组装、具有1-3复合晶内型结构的纳米／微米结构Al2O3-ZrO2共晶复相陶瓷。Vickers压痕试验发现该陶瓷具有较高的断裂韧性并表现出较强的塑变行为，SEM观察发现该复相陶瓷的裂纹扩展路径主要受纳米／微米结构(Al2O3-ZrO2)共晶结构所控制，影响该陶瓷韧化行为的主要因素在于以“内晶型”纳米相所构成的独特的增韧机制。试验预示着采用SHS冶金技术，通过控制Al2O3/ZrO2复相陶瓷成分和凝固行为(如采用离心冷却控制技术)，可以制备出用于现代装甲防护的高性能、低成本、高可靠性新型抗弹复相陶瓷面板。     

TiC颗粒增强钢基表面复合材料的组织均匀性

为了优化自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料的工艺参数,利用真空实型铸渗方法制备了自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料,重点研究了自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料的组织均匀性。结果表明,从基材和复合层间的界面到复合层表面,TiC颗粒尺寸逐渐增大,圆整度逐渐变差,其中Ti-C-20wt%Fe体系复合层中TiC颗粒的尺寸增长量(由1μm增长到2～3μm)明显小于Ti-C体系(由1～2μm增长到约10μm)。与Ti-C体系相比,Ti-C-20wt%Fe体系制备得到的复合层中元素分布、硬度和TiC颗粒的体积分数较均匀,在复合层相同位置上TiC颗粒较小,圆整度较好。