Ti/Ni多层复合材料界面扩散行为的研究

本文针对累积叠轧5道次制备的Ti/Ni多层结构复合材料试样进行热处理,采用光学显微镜和扫描电镜分析方法,对复合材料的显微组织、界面结构和扩散反应层厚度等进行观察分析,结合动力学理论研究了Ti/Ni界面的扩散行为。研究结果表明：试样经过累积叠轧5道次轧制后,Ti/Ni界面未发生扩散;在(550 ℃-750 ℃)×(0.5 h-8 h)热处理后,Ti/Ni界面发生扩散,扩散层厚度与保温时间呈幂函数关系,与加热温度呈指数关系;随着热处理温度的升高,Ti-Ni扩散层的生长方式由650 ℃以下的体扩散控制逐渐转变为晶界扩散控制。通过计算和验证得到采用累积叠轧5道次制备的Ti/Ni多层复合材料的Ti/Ni界面固相反应层生长动力学方程为：y=1.7043*104*exp(-78202/RT) *t1.2009-0.0008T。     

MCrAlY涂层高温氧化界面扩散行为研究进展

MCrAlY涂层在保护基体高温氧化和腐蚀方面发挥着重要作用,可在基体表面形成致密连续的氧化层,阻止阳离子和氧的扩散。随着氧化铝层的生长,导致涂层/氧化层界面处铝浓度降低,抑制了连续的Al2O3层的生长,导致混合氧化物和裂缝以及空隙的形成,使得涂层过早失效。在涂层和基体界面,真空热处理提高了界面的结合强度,改善了涂层与基体的粘附性。然而在高温下的界面扩散过程将对基体产生有害的影响。基体的难熔强化元素,如Ti,W,Mo,可以扩散到涂层中。而且相互扩散过程可在基体形成二级反应区（SRZ）,析出拓扑密堆相（TCP）相,如σ,μ和Laves相等,降低高温合金的高温疲劳寿命。在本文中,详细介绍了涂层/基体的界面扩散过程,以及总结了当前对界面扩散效应的理解以及对减少界面扩散所做的努力。     

Al/Ti扩散层形成的扩散溶解机制

分别在铝组元熔点之下和之上对Al/Ti镶嵌式扩散偶进行退火热处理,形成固-固和固-液扩散偶.利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子探针显微分析仪观察和分析Al/Ti固-固和固-液扩散层的形态和结构,并对其形成微观机理进行了研究.结果表明,Al/Ti固-固扩散层由一层TiAl₃构成;固-液扩散层由TiAl₃单相层与TiAl₃和Al(Ti)固溶体双相层两层构成,双相层TiAl₃和Al(Ti)固溶体的形态自铝向钛呈现规律性变化.Al/Ti固-固TiAl₃扩散层和固-液TiAl₃单相层的形成都是铝扩散溶解到钛中形成以钛为溶剂的Al-Ti固溶体结晶形成的;而Al/Ti固-液TiAl₃和Al(Ti)固溶体双相层是钛先溶解再扩散到液态铝中形成的Al-Ti液溶体结晶形成的.铝液中Ti原子浓度自铝向钛逐渐升高,导致了双相层TiAl₃和Al(Ti)固溶体形态的规律性变化.     

真空热处理对Ti6Al4V基体/NiCrAlY涂层体系组织结构及元素扩散行为的影响

采用电弧离子镀(AIP)技术在Ti6Al4V基体表面沉积制备了NiCrAlY涂层. 通过金相观察(OM)、扫描电镜(SEM)与能谱(EDS)分析、 X射线衍射(XRD)分析以及显微硬度测试, 研究了真空热处理对NiCrAlY涂层组织性能的影响, 讨论了Ti6Al4V基体/NiCrAlY涂层界面元素扩散规律. 结果表明: 700.℃真空热处理后, NiCrAlY涂层中开始析出γ′-Ni3Al相, 这提高了涂层的表面硬度; 在700.℃温度下, Ti6Al4V基体/NiCrAlY涂层界面由外至内出现Ni3(Al,Ti)、 TiNi和Ti2Ni中间化合物层, 并随着温度提高, 界面处中间化合物层增厚; 700.℃时, 主要发生了镍、钛元素的扩散, 铬元素在870.℃开始发生扩散. 当温度提高到950.℃后, 由于镍元素大量向Ti6Al4V基体扩散引起涂层的退化失效.     

Nb／Ti扩散研究

研究了Nb／Ti扩散的特性和机理以及经过相同时间、不同温度时效热处理的Nb／Ti扩散偶样品中NbTi合金层的厚度、保温结束后淬火与炉冷的扩散偶样品中NbTi合金层微观结构的区别，讨论了它们对NbTi超导体微观结构和性能的影响。研究表明通过选择合适的扩散制度能获得理想的微观结构和制备出高性能的NbTi超导线材。     

Ti/Al固相扩散反应行为表征及动力学研究

本研究在Ti和Al均过量时,表征了Ti/Al在520℃~630℃范围内不同时间下的固相扩散反应行为。结果发现,当试样退火46小时后,Ti/Al界面的反应产物为单一相TiAl3,而且TiAl3/Al界面上的TiAl3生长速度比Ti/TiAl3界面上的TiAl3生长速度快。此外,本研究建立了TiAl3生长动力学模型,Ti/Al扩散反应激活能为170.1 kJ/mol,动力学指数为n=0.5,TiAl3生长随时间呈抛物线规律增长,利用Ti/Al复合粉末体作为试验材料,证明了所建立的TiAl3生长动力学方程的正确性。     

Al/Ti的扩散焊工艺

根据Al合金与Ti合金在高温下具有一定的互溶性原理,采用Ti热浸Al工艺利用扩散焊接方法进行Al/Ti材料的焊接. 焊接后构件抗拉强度达到180 MPa,焊缝性能稳定,具有一定的实际应用价值.     

真空热处理对Ti6A14V基体／NiCrAlY涂层体系组织结构及元素扩散行为的影响

采用电弧离子镀(AIP)技术在Ti6A14V基体表面沉积制备了NiCrAlY涂层。通过金相观察(OM)、扫描电镜(SEM)与能谱(EDS)分析、X射线衍射(XRD)分析以及显微硬度测试，研究了真空热处理对NiCrAlY涂层组织性能的影响，讨论了Ti6A14V基体／NiCrAlY涂层界面元素扩散规律。结果表明：700℃真空热处理后，NiCrAlY涂层中开始析出γ-Ni3Al相，这提高了涂层的表面硬度；在700℃温度下，Ti6A14V基体／NiCrAlY涂层界面由外至内出现Ni3(Al，Ti)、TiNi和Ti2Ni中间化合物层，并随着温度提高，界面处中间化合物层增厚；700℃时，主要发生了镍、钛元素的扩散，铬元素在870℃开始发生扩散。当温度提高到950℃后，由于镍元素大量向Ti6A14V基体扩散引起涂层的退化失效。     

通过Nb，Ti扩散反应制备不同成分的超导体

利用Nb片和Ti片交替组配加工,经扩散反应制备了Ti含量在42.56%-56.62%之间的3种不同成分的NbTi超导线。运用扫描电镜(SEM)观察了Nb/Ti界面的扩散形态及微结构,并对热处理工艺和不同Ti含量对临界电流密度(Jc)的影响进行了讨论。结果表明:随着Ti含量增加,可提高超导线在低场(<5T)时的临界电流密度Jc。该工艺制备的NbTi超导线材的Jc可达到2800A/mm2(5T,4.2K)和4200A/mm2(3T,4.2K)。随着Ti含量的增加,试样的Jc在低场时很高,而在高场时的性能偏低,且下降迅速,而Ti含量低的试样的Jc衰减相对缓慢些。对Ti含量较高的合金,在一定温度下,选用较短的热处理时间,可获得高的Jc,对Ti含最较低的合金,则要求较长热处理时间。     

ZrO2薄膜扩散阻挡层在镍基合金上的应用

采用DC反应磁控溅射工艺在K424合金基底上制备了ZrO2薄膜,并对薄膜进行了不同温度的热处理,采用XRD、SEM和EDS等分析手段对薄膜的表面形貌、成分及晶体结构进行了表征,并研究了ZrO2薄膜对基底元素扩散的阻挡能力.结果表明,热处理后薄膜主要为单斜相ZrO2,含少量四方相.800℃以下热处理的薄膜致密平整,无裂纹出现,900℃热处理后基底元素Ti扩散至薄膜表面生成TiO2,导致ZrO2薄膜阻挡扩散作用失效.800℃以下热处理的ZrO2薄膜可以有效阻挡镍基合金元素的扩散.     

Mechanism of Plastic Flow in Titanium at Low and High Temperatures

An investigation was made of the mechanism of plastic flow in coarse grained specimens of both sponge and iodide titanium at low (?196°C) and high (500° and 800°C) temperatures. Deformation by slip occurs predominantly on a {1010| plane and in a <1120> direction over this entire temperature range, and secondary slip on 1011 planes becomes more prevalent with increasing temperature. The crystallographic habit of the predominant twin type is temperature-dependent, and deformation by twinning increases as the temperature of testing is lowered. Kink bands were not observed at —196°C and rarely at the high temperatures.     

溅射方法和基体材料对氧化钛薄膜微观结构的影响

目的研究不同溅射方法和基体材料对沉积氧化钛薄膜的晶体结构、化学价态、表面形貌的影响。方法采用高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)和直流磁控溅射(DCMS)在316L不锈钢和硅片表面制备了氧化钛薄膜。采用等离子光发射谱检测了沉积薄膜时的等离子体特征。采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM),分别评价氧化钛薄膜的晶体结构、化学价态、晶粒尺寸和表面粗糙度。结果等离子体特征显示,沉积氧化钛薄膜时,HPPMS比DCMS具有更高的离化率和等离子体密度。XRD结果显示,在相同的平均溅射功率下,采用HPPMS和DCMS方法,均在不锈钢表面制备出纯金红石结构的氧化钛薄膜,而在硅片表面得到的氧化钛薄膜为金红石、锐钛矿混合结构,且采用HPPMS比DCMS技术制备的氧化钛薄膜含有更高的金红石含量。XPS结果显示,两种方法在所有基体表面均制备出了含有氧缺位的氧化钛薄膜。采用HPPMS和DCMS制备氧化钛薄膜时,不锈钢基体沉积的薄膜中,Ti3+/Ti4+比值均高于Si基体上的薄膜。SEM和硬度测试结果显示,HPPMS制备的氧化钛薄膜为等轴晶,晶粒较小,硬度较高。DCMS制备的氧化钛薄膜具有柱状晶的结构,晶粒较大。AFM的结果显示,采用不同溅射方法制备的氧化钛薄膜表面粗糙度没有明显差别。结论不同溅射方法和基体材料导致了薄膜沉积时样品表面离子轰击能量的差异,因此影响了氧化钛薄膜的晶体结构、化学价态和晶粒尺寸。     

TA15钛合金高温摩擦磨损性能研究

目的 为探究TA15钛合金高温耐磨性能的潜力,研究了TA15钛合金在室温~800 ℃下的摩擦磨损性能。方法 利用Rtec摩擦磨损试验机(Rtec,San Jose,USA)进行TA15钛合金的摩擦磨损性能测试,通过激光共聚焦显微镜、JSM-7800F扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等手段,分析了TA15钛合金在不同温度下的磨痕形貌、成分变化以及磨损机理。结果 在不同试验温度下,微观组织没有出现明显变化,主要为等轴α相和β相;不同温度下的摩擦因数波动不大,从室温的0.279下降到600 ℃的0.224,而在800 ℃时,表面严重氧化导致摩擦因数增大到0.309;在室温~400 ℃时,试样表面磨痕不断变窄变浅,犁沟和磨屑不断减少,而到400 ℃以上时磨痕逐渐变宽,比磨损率也大幅增大,且在600 ℃时的磨损量最大;在600 ℃时,以氧化磨损为主,并伴随着磨粒磨损和黏着磨损,且表面磨痕形貌和宽度比较均匀;在800 ℃时磨损表面以黏着磨损和氧化磨损为主,并伴随着高温焊接的发生。结论 TA15合金表面的O元素含量随温度的升高而逐渐升高,并且氧化反应主要发生在β相内。随着试验温度的升高,TA15钛合金磨损表面的氧化磨损现象也更加明显。     

溅射AlY涂层对Ni基合金氧化行为的影响

为了研究溅射AlY涂层对合金高温氧化行为的影响,在某镍基合金表面上采用磁控溅射方法制备了AlY涂层,并研究了无涂层镍基合金、溅射AlY涂层的镍基合金以及经过预氧化的溅射AlY涂层镍基合金在1100℃空气中的氧化行为。结果表明,无涂层镍基合金形成了疏松、不完整的Al2O3、Cr2O3以及NiO的混合氧化膜,且发生了内氧化;溅射AlY涂层镍基合金形成了均一的α-Al2O3膜,比表面裸露的镍基合金具有更好的抗氧化性能。溅射AlY涂层试样经预氧化后在试样表面优先形成了保护性γ-Al2O3膜,高温氧化时转变为致密的α-Al2O3膜,因此可进一步提高其抗氧化性能。稀土元素Y改善了Al2O3膜与基体的粘附性,提高合金的抗氧化性能。讨论了氧化膜的形成机理。     

低温钛合金的研究进展

因具有优异的低温综合性能,钛合金作为重要的低温工程材料而逐渐受到广泛重视。本文概述了当前国际低温钛合金的应用现状,从α钛合金、α/β两相钛合金及β钛合金方面,综述了钛合金低温变形机制的最新研究进展,并总结了这3类不同相成分的钛合金的低温变形机制。从温度、合金成分、形变因素和显微组织方面,归纳总结了不同因素对钛合金低温塑性变形机制的影响。另外,还探讨了低温钛合金的发展趋势,以期为新型综合性能更好的低温钛合金的设计和研发提供参考。     

化学镀金属薄膜与磁控溅射的关联性

采用原子力显微镜和X射线衍射仪研究了Al2O3基体上磁控溅射Au/NiCr/Ta多层金属膜基础上化学镀Au膜的生长形貌、晶体取向和残余应力,并与磁控溅射Au膜进行了对比.结果表明:通过化学镀工艺生长的Au膜延续了磁控溅射薄膜柱状晶结构生长的特点,但薄膜生长颗粒出现聚合现象,磁控溅射Au膜的颗粒尺寸约为60 nm,化学镀Au膜尺寸可增加到400 nm左右;化学镀薄膜在磁控溅射薄膜基础上表面粗糙度增大,化学镀工艺对磁控溅射金属薄膜的晶体取向具有承继性,并伴随有晶体取向择优生长的"放大"作用,但对残余应力则有一定的调节作用.     

保温时间对铝基复合材料抗拉强度的影响

研究了莫来石硅酸铝（３Ａｌ２Ｏ３·２ＳｉＯ２）短纤维增强ＺＬ１０９复合材料在室温３００℃，３５０℃和４００℃时的抗拉强度以及在高温下保温时间对抗拉强度的影响。研究表明，该复合材料比ＺＬ１０９合金有更高的高温强度，随着在高温下保温时间的延长，复合材料的抗拉强度下降。     

镀膜对金刚石与结合剂之间结合性能的影响

采用磁控溅射的方法在金刚石表面镀覆Ti,Mo,Cu和TiN。测定了镀Ti金刚石的单粒抗压强度。用XPS分析了真空热处理后的金刚石表面结构,利用抗弯强度试验及扫描电镜分析。研究了镀膜金刚石在Co基结合剂中的界面结合状态。结果表明：金刚石镀膜后能够提高其单粒抗压.基840℃的热压条件下,镀层金属与金刚石能够在局部生成碳化物而形成化学结合,但对结合强度的提高还没有起着主导作用。镀Mo金刚石能够被Co基结合剂很好地浸润,因而结合强度有较大的提高。     

MoS2-Ti自润滑复合薄膜的高温摩擦学性能研究

目的探究Ti含量对MoS₂-Ti复合薄膜高温摩擦学性能的影响,制备高温摩擦性能良好的MoS₂-Ti复合薄膜。方法采用射频和直流双靶共溅射技术沉积了不同Ti含量的MoS₂-Ti复合薄膜,研究了Ti含量对MoS₂-Ti薄膜微观结构和力学性能的影响,进一步探究了MoS₂-Ti复合薄膜在大气环境下的高温摩擦学性能。采用能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM),对薄膜的成分、晶相结构及微观形貌进行分析。利用显微维氏硬度计测试薄膜的力学性能,通过UMT-TriboLab摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。此外,采用SEM、拉曼光谱仪(Raman)和X射线光电子能谱仪(XPS),对薄膜的磨痕形貌及对偶球转移膜的成分进行分析。结果Ti掺杂促进了MoS₂薄膜以(002)晶面择优取向生长,且提高了薄膜的致密度,薄膜硬度从70HV提升到350HV。MoS₂-Ti复合薄膜在高温环境下的摩擦性能,随Ti含量的增加呈先上升后下降的趋势,其中Ti原子数分数为6.81%的MoS₂-Ti复合薄膜具有较低的摩擦因数和磨损率。通过对转移膜的成分进行分析,发现处于300℃高温环境下,Ti原子数分数为13.51%的MoS₂-Ti复合薄膜由于在摩擦过程中生成的氧化物较多,其耐磨性能开始下降。结论Ti含量对MoS₂-Ti复合薄膜的高温摩擦学性能有明显的影响,掺杂适量Ti能显著提高MoS₂薄膜在大气环境下的高温摩擦学性能。     

钛表面硅复合微弧氧化膜负极的制备及其电化学性能研究

目的 提高锂离子电池TiO2负极的电化学性能.方法 采用微弧氧化技术在钛箔表面制备TiO2膜,再通过磁控溅射技术在TiO2膜上沉积Si/SiO2,制备出一种富含硅元素的微弧氧化复合膜.将该复合膜作为锂离子电池负极,锂片为对电极,组装电池.采用电池测试系统测量电池容量、循环稳定性等性能,通过电化学工作站获得循环伏安曲线、...