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。     

中间钛片对TiB_2基陶瓷/钛合金梯度复合材料组织及性能的影响（英文）

在钛合金与陶瓷粉末之间引入厚度0.5~1.5mm的中间钛片,采用自蔓延离心熔铸工艺快速制备出了TiB_2基陶瓷/钛合金梯度复合材料。经过XRD、FESEM和EDS分析表明,添加钛片对陶瓷相没有明显的影响,但随着中间钛片厚度的增加,不仅细化陶瓷基体并改善其组织均匀性,而且增加了梯度界面厚度,减小甚至消除了钛合金基底热影响区。同时,热真空条件下液态陶瓷与钛合金之间发生熔化连接和原子互扩散,进而在凝固后期诱发TiB_2与Ti液的包晶反应TiB_2(s)+Ti(l)→2TiB(s),TiB自Ti液中的析晶反应和TiB与Ti液的共晶反应,实现了TiB_2的消减及TiB的生长,不仅改善了界面的残余应力,而且获得了陶瓷/钛合金多尺度多层次复合。界面组织结构的梯度演化与陶瓷/钛合金的热匹配不仅使梯度材料的硬度呈连续变化,而且使界面剪切强度达到了(316±25)MPa。     

中间钛片对TiB2基陶瓷/钛合金梯度复合材料组织性能的影响

在钛合金与陶瓷粉末之间引入厚度从0.5mm到1.5mm的中间钛片,采用自蔓延离心熔铸工艺快速制备出了TiB₂基陶瓷/钛合金梯度复合材料,经过XRD, FESEM 和 EDS分析表明,添加钛片对陶瓷相没有明显的影响,但随着中间钛片厚度的增加,不仅细化陶瓷基体并改善其组织均匀性,而且增加了梯度界面厚度,减小甚至消除了钛合金基底热影响区。同时,热真空条件下液态陶瓷与钛合金之间发生熔化连接和原子互扩散,进而在凝固后期诱发TiB₂与Ti液的包晶反应 ,TiB自Ti液中的析晶反应和TiB与Ti液的共晶反应,实现了TiB₂的消减及TiB的生长,不仅改善了界面的残余应力,而且获得了陶瓷/钛合金多尺度多层次复合。界面组织结构的梯度演化与陶瓷/钛合金的热匹配不仅使梯度材料的硬度呈连续变化,而且使界面剪切强度达到了316±25 MPa。     

TiC-TiB2陶瓷与Ti6Al4V熔化连接及层状复合材料制备

通过引入Ti-6Al-4V合金板,采用超重力场燃烧合成技术,在制备细晶TiC-TiB2凝固陶瓷的同时,实现了陶瓷-钛合金的熔化扩散焊,进而制备出具有成分梯度特征的陶瓷-钛合金层状复合材料.陶瓷-钛合金层间接头组织表明,正是因超重力场燃烧合成的爆燃特性及超重力场对燃烧产物形成的高温真空环境,使得钛合金表面发生熔化,进而发生液态陶瓷-钛合金液相层间的原子互扩散现象,故在陶瓷-钛合金连接区形成钛合金与富钛碳化物呈相间分布且细小TiB2片晶镶嵌其上的凝固组织,并使陶瓷-钛合金接头呈现成分梯度特征,进而使得陶瓷-钛合金的连接抗剪强度达到450 MPa±35 MPa,层状复合材料硬度从陶瓷至钛合金一侧则呈线性逐渐减小.     

超高重力场燃烧合成TiB2基陶/304不锈钢叠层复合材料

采用超高重力场燃烧合成技术,通过陶瓷和不锈钢之间的熔化连接与原子互扩散,制备出界面具有化学成分梯度特征的TiB2基陶瓷/1Cr18Ni9Ti不锈钢复合材料。因超高重力场燃烧合成工艺具有“爆燃”的特性以及超高重力场所形成的高温真空环境,使得不锈钢表面发生部分熔化,进而实现了陶瓷/不锈钢的熔化连接。经XRD、FESEM 及EDS 分析发现,接头界面连接良好,并因原子的强烈互扩散在界面过渡区形成了三维网络陶瓷/金属梯度复合结构。经测试发现,维氏硬度值与陶瓷基体至不锈钢基底测试距离的关系曲线呈近似抛物特征。同时,复合材料的界面剪切强度达到325±25 MPa,其界面断裂模式是由TiB2片晶沿晶断裂和Fe-Ni-Cr合金相延性断裂的混合模式组成。     

超高重力场燃烧合成TiB_2基陶瓷/1Cr18Ni9Ti不锈钢复合材料（英文）

采用超高重力场燃烧合成技术,通过陶瓷和不锈钢之间的熔化连接与原子互扩散,制备出界面具有化学成分梯度特征的TiB 2基陶瓷/1Cr18Ni9Ti不锈钢复合材料。因超高重力场燃烧合成工艺具有"爆燃"的特性以及超高重力场所形成的高温真空环境,使得不锈钢表面发生部分熔化,进而实现了陶瓷/不锈钢的熔化连接。经XRD、FESEM及EDS分析发现,接头界面连接良好,并因原子的强烈互扩散在界面过渡区形成了三维网络陶瓷/金属梯度复合结构。经测试发现,维氏硬度值与陶瓷基体至不锈钢基底测试距离的关系曲线呈近似抛物特征。同时,复合材料的界面抗剪切强度达到(325±25)MPa,其界面断裂模式是由TiB 2片晶沿晶断裂和Fe-Ni-Cr合金相延性断裂的混合模式组成。     

TiC-TiB_2-Fe陶瓷与42CrMo熔化连接及层间梯度复合材料制备

采用超重力场辅助自蔓延高温合成(SHS)技术,实现了TiC-TiB_2-Fe细晶凝固陶瓷与42CrMo合金钢的熔化连接,并制备出具有连续梯度特征的陶瓷/合金钢层间复合材料。陶瓷/合金钢层间接头组织表明:正是超重力场辅助SHS的爆燃特性,使得合金钢表面发生熔化,进而发生熔融态陶瓷、合金钢液相层间的原子互扩散现象;在陶瓷/合金钢连接区形成Ti C和Fe基合金呈相间分布且细小TiB_2片晶镶嵌其上的凝固组织,并使陶瓷/合金钢界面呈现连续梯度特征,使陶瓷/合金钢的界面剪切强度达到355±50 MPa;层间连续梯度复合材料硬度从陶瓷至合金钢则呈抛物线下降趋势。     

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。     

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TiC-TiB2细晶复合陶瓷

采用超重力下燃烧合成工艺,以快速凝固方式制备出TiB2系列含量的TiC-TiB2细晶复合陶瓷。XRD、FESEM与EDS分析表明,随TiB2含量的增加,TiC-TiB2复合陶瓷基体从TiC微米球晶组织逐渐转化为TiB2小尺寸片晶组织,且对于TiB2含量为50%的TiC-TiB2复合陶瓷,可获得TiB2小尺寸片晶均匀镶嵌于TiC基体上的共晶组织。力学性能测试结果表明,TiB2的摩尔分数为50%的TiC-TiB2复合陶瓷因在凝固过程中发生共晶反应,陶瓷相对密度和硬度均达到最高值(分别为98.6%和18.4GPa),并且因TiB2小尺寸片晶在裂纹扩展时所诱发的裂纹偏转、桥接及片晶拔出增韧机制的协同作用,TiB2的含量为66.7%的TiC-TiB2复合陶瓷具有最高的断裂韧度(13.4MPa·m0.5)。     

1Cr18Ni9Ti与TiC-TiB2熔化连接及其陶瓷涂层制备研究

采用超重力场燃烧合成技术,通过液态陶瓷与1Cr18Ni9Ti之间的熔化连接,在1Cr18Ni9Ti基底上制备出具有成分扩散特征的TiC-TiB2陶瓷涂层。XRD、FESEM及EDS分析表明陶瓷涂层由大量细小的TiB2片晶、TiC不规则晶体及少量的Cr基合金相构成,并且陶瓷涂层相对密度、显微硬度及断裂韧性分别达到98.2%、24.6GPa与(14.5±3.5)MPa·m0.5。在1Cr18Ni9Ti基底与陶瓷涂层之间因出现Ti、Cr与C原子向不锈钢基底的单程扩散,使得陶瓷与不锈钢之间存在着富(Fe,Ti)合金碳化物颗粒呈梯度分布的中间过渡层,同时受超重力所限,中间过渡层存在粗大的氧化物夹杂与氧化物夹杂层,致使陶瓷涂层与不锈钢之间的剪切强度仅达到(125±35)MPa。     

Ti-B_4C体系反应熔铸合成TiB_2基复相陶瓷刀具材料

以Ti和B4C粉末为原料,采用超重力场反应熔铸技术制备TiB_2基复相陶瓷,研究了陶瓷物相组成、组织结构和形成机理。结果表明:反应产物组织致密,主要由TiB_2和Ti C两相构成,TiB_2晶粒呈柱状,Ti C晶粒不规则地分布于TiB_2晶粒间,且TiB_2与Ti C晶粒结合紧密,呈现出典型的凝固组织特征。超重力场和机械球磨共同作用加速Ti-B4C反应进程,生成大量的Ti-B-C熔液和少量未溶解的TiB_2、Ti C1-x晶核。在Ti-B-C熔液凝固过程中,Ti C1-x的生长速率高于TiB_2,抑制TiB_2柱状晶发育,使其特征尺寸仅约为2μm,陶瓷组织细密。     

TiB2基陶瓷/Ti-6Al-4V合金跨尺度连续梯度层状复合材料组织演化与力学性能

基于陶瓷/钛合金之间的液态熔合扩散,采用离心反应熔铸工艺成功制备出TiB2基陶瓷/Ti-6Al-4V合金层状复合材料,并在层间出现TiB2、TiC1-x呈空间尺度连续梯度演化的梯度纳米复合结构。经层间剪切强度、三点弯曲强度与单边切口梁（SENB）断裂韧性测试,该复合材料层间剪切强度、弯曲强度与断裂韧性分别达到335 ± 35 MPa、862 ± 45MPa与45 ± 15 MPa。     

钛合金表面等离子弧熔覆原位自生镍基耐磨涂层的制备及微观结构表征

目的 在钛合金表面制备陶瓷相增强复合耐磨涂层。方法 采用等离子弧熔覆技术,在Ti6Al4V钛合金表面制备了原位自生TiB2、TiC、CrB陶瓷相增强镍基耐磨涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪检测了涂层的物相组成、组织组织以及微区化学成分,采用显微硬度计测试了涂层的硬度。结果 涂层靠近熔合线区域由Ni-Ti树枝晶及枝晶间的共晶组成,在涂层的中上部,大量原位增强相分布于镍基固溶体基体之中。在熔覆过程中,钛合金基材中的Ti元素同熔覆粉末中的B、C元素发生原位冶金反应形成TiB2、TiC增强相,CrB增强相为Ni基熔覆粉末中Cr、B元素反应形成,增强相的形态由各自的晶体结构及熔池凝固热力学与动力学条件决定。涂层的显微硬度得到显著提高,最高达1037HV0.2。结论 采用等离子弧熔覆技术,利用熔池内Ni-Cr-Ti-B-C合金体系的原位冶金反应,可以在钛合金表面制备原位自生TiB2、TiC、CrB增强镍基复合耐磨涂层。同Ti6Al4V基材相比,由于涂层具有大量增强相分布于镍基固溶体的组织特征,其显微硬度得到了显著提高。     

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。     

C_f/SiC复合材料与钛合金Ag-Cu-Ti-C_f复合钎焊

采用Ag-Cu-Ti-Cf(Cf:碳纤维)复合钎料作中间层,在适当的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与钛合金,利用SEM,EDS和XRD分析接头微观组织结构,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钛与Cf/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面形成Ti3SiC2,Ti5Si3和少量TiC化合物的混合反应层.复合钎料中的铜与钛合金中的钛发生互扩散,在连接层与钛合金界面形成不同成分的Cu-Ti化合物过渡层.钎焊后,形成碳纤维强化的致密复合连接层.碳纤维的加入缓解了接头的残余热应力,Cf/SiC/Ag-Cu-Ti-Cf/TC4接头抗剪强度明显高于Cf/SiC/Ag-Cu-Ti/TC4接头.     

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。     

反应熔铸(Ti,W,Cr)B_2-(Ti,W,Cr)C复相陶瓷刀具材料

采用超重力场反应熔铸技术,以(Ti+B_4C)为主体系,辅以(CrO_3+WO_3+NiO+Al)复杂铝热体系,制备出(Ti,W,Cr)B_2-(Ti,W,Cr)C陶瓷刀具材料。XRD、FESEM与EDS分析表明:(Ti,W,Cr)B_2-(Ti,W,Cr)C陶瓷基体主要由(Ti,W,Cr)B_2块晶、不规则(Ti,W,Cr)C、AlNi及少量Al_2O_3构成。燃烧体系反应完成后,Al_2O_3熔滴被分离,得到Ti-W-Cr-Ni-C-B混合熔体。在混合熔体的冷却凝固过程中,TiC优先形核析出,[W]、[Cr]原子取代部分[Ti],扩散至TiC相中,先后生成(Ti,W)C、(Ti,W,Cr)C;在TiB_2长大过程,[W]、[Cr]原子取代部分[Ti],生成(Ti,W,Cr)B_2;在凝固后期,[Ni]与少量未反应的[Al]反应生成AlNi,分布于基体间,提高了陶瓷的致密性。     

固相扩散反应制备TiC致密陶瓷层增强灰铸铁基表面复合材料

利用钛板复合与原位反应相结合的方法,在灰口铸铁表面制备了TiC致密陶瓷层增强灰口铸铁表面复合材料,对复合材料的微观组织、反应过程中各元素的分布及扩散过程、扩散动力学等进行了研究。结果表明,灰口铸铁表面TiC致密陶瓷层的形成主要依靠钛板中的Ti原子和石墨片中溶解析出的C原子的扩散与原位反应。TiC陶瓷层的厚度与保温时间之间满足抛物线关系,随着保温时间的延长,陶瓷层的生长速率下降。     

基于B_4C-Ti-Ni体系反应合成TiC-TiB_2-Ni复相陶瓷

在超高重力场条件下,以B4C-Ti-Ni为反应体系,合成制备TiC-TiB2-Ni复相陶瓷。XRD和FESEM分析结果表明,反应燃烧充分,所得陶瓷基体由TiB2片晶相、不规则TiC相和Ni相构成。燃烧反应放热,促使反应物熔化生成Ti-C-B-Ni液相产物。待反应结束后,TiB2、TiC先后从陶瓷熔体中凝固形核、析出,而Ni相最后凝固,并对陶瓷基体补缩。随着Ni添加量的增加,陶瓷基体显微组织细化,且均质化水平极大提高,同时,陶瓷的相对密度、断裂韧性和弯曲强度逐渐增大,当Ni添加量为20mass%时,陶瓷性能最佳,分别为97.8%、13.1MPa獉m0.5及693MPa。其维氏硬度先升高后降低,当Ni的添加量为15mass%时,达到最高值,为18.6GPa。