Cr含量对NiCrMoCu多孔材料的影响及其造孔机理研究

以Ni、Cr、Mo、Cu元素粉末为原料,基于活化反应烧结方法制备NiCrMoCu多孔材料,表征了不同Cr含量的物相组成、体积膨胀率、孔结构和孔隙形貌,探讨了孔隙产生机制。结果表明:多孔材料的孔径、孔隙率、体积膨胀率等随Cr质量分数上升而增大。Cr质量分数为30%时,孔隙结构最佳,其开孔隙率为42.10%,总孔隙率为48.36%,体积膨胀率为12.60%,平均孔径为13.32μm,透气率为96.3 m~3·m~(-2)·kPa~(-1)·h~(-1)。计算了Cr,Mo,Cu各原子在1150℃下不同基体元素中的扩散速率,结果表明Cr原子在Ni和Cu原子中扩散速率分别为1.61×10~(-14)和8.22×10~(-13)m~2·s~(-1),远高于Mo和Cu各原子的扩散迁移速率。研究了 NiCrMoCu多孔材料的造孔机制,主要为粉末压制过程中产生的间隙孔和Cr、Mo、Cu原子在不同基体中元素扩散速率不同引起的Kirkendall效应。     

开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金制备及高温力学性能

为了满足航空航天领域对高熔点开孔泡沫金属的迫切需求,针对现有开孔泡沫金属熔点低、强度和抗氧化性能差,以及孔隙率低、孔径结构分布不均匀等难题,以三维网状开孔泡沫Ni为基体,采用固体粉末包埋结合高温固相扩散工艺,制备出一种孔隙率达到95%三维网状开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金。利用扫描电镜(SEM/EDS)对开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金化前后的组织形貌和元素扩散进行分析,进一步了解扩散过程中Ni-Cr-Fe骨架形成与元素扩散之间的规律,并且对合金化后泡沫合金的微观形貌及结构进行表征。同时,研究了800℃和1000℃条件下开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金的准静态压缩性能和能量吸收性能。结果表明:随着高温固相扩散时间的延长,网丝骨架中Cr、Fe、Ni元素浓度梯度明显平缓,(1200℃,48 h)均匀化热处理后,网丝骨架中Cr、Fe、Ni 3种元素发生了充分的互扩散,达到合金成分均匀化。并且,开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金保持着初始泡沫Ni基体的三维网状及骨架中空结构。同时,高温压缩时开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金具有典型韧性金属泡沫的变形特性,其压缩强度随着泡沫合金中Cr、Fe含量的增加而明显增大,而能量吸收性能表现出先增加后降低的趋势。     

Mn-Si金属间化合物多孔材料的制备

以Mn、Si元素粉末为原料,用反应合成方法制备Mn-Si金属间化合物多孔材料,表征各烧结温度所对应的孔结构、膨胀率和微观形貌,研究烧结过程中孔隙产生的机理。结果表明:在Mn-Si金属间化合物多孔材料的制备过程中烧结体发生明显的体积膨胀,烧结温度在800℃之前时膨胀率和开孔隙率随着温度的升高不断增大,800℃以后,膨胀率和开孔隙率均呈下降趋势;在最终烧结温度1040℃下得到开孔隙率为47.60%、平均孔径为11.97μm、孔结构均匀的多孔材料。探讨多孔材料的造孔机理,主要为压制孔隙的演变,成型剂的脱除,以及Mn元素和Si元素在扩散反应中不同扩散速度引起的Kirkendall效应。     

多孔蒙乃尔合金的制备及其结构特性

为了制备蒙乃尔合金多孔材料,本文以蒙乃尔粉为原料,以K2CO3为造孔剂,采用烧结-溶解法制备了不同孔隙率的蒙乃尔合金多孔试样。研究了造孔剂体积分数、压坯压力和烧结温度对试样孔隙率、孔径和透气度的影响。实验结果表明,当造孔剂的体积分数在20%~ 40%之间时,制备的样品孔隙率为31%~46%。当压坯压力在200~400MPa范围时,随压力的增大试样的孔隙率、孔径和透气度均减小;当烧结温度在850~1000℃范围时,随烧结温度升高,孔径和透气度先增大后缓慢降低,在950℃达到峰值。当造孔剂体积分数为30%,压制压力为200MPa,烧结温度950℃时,所制备的蒙乃尔多孔材料孔隙率为37%,最大孔径为21.5μm,透气度为76.77 m3/(h?kPa?m2)。     

多孔NiAl金属间化合物的造孔机理

以Ni、Al元素粉末为原料,采用反应烧结工艺制备多孔NiAl金属间化合物材料,表征各烧结温度所对应的孔结构,研究NiAl烧结体的造孔机理。结果表明:在多孔NiAl金属间化合物材料的制备过程中,当温度在1 100℃以下,随着烧结温度的升高,NiAl烧结体中的孔隙度和最大孔径呈现增大的趋势;经1 100℃烧结之后,多孔NiAl的孔隙度为53%,最大孔径为55μm;造孔机理为Al熔点附近的Ni、Al之间的剧烈扩散造孔形成大量的开孔隙度,以及高温烧结阶段的Ni与中间相的扩散形成的多孔NiAl材料骨架中的孔洞。     

Ni-Cr-Fe高温泡沫合金的制备及抗氧化性能研究

采用固体粉末法及高温固相扩散工艺制备了三维网状Ni-Cr-Fe高温泡沫合金。利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析了Ni-Cr-Fe高温泡沫合金的微观组织、元素分布和相分布。研究了Ni-Cr-Fe高温泡沫合金在800~1000℃的抗氧化性能及机理。结果表明:Ni-Cr-Fe高温泡沫合金在800、900℃下表现出良好的抗氧化性;在1000℃时,Cr_2O_3保护膜起皱和破裂,导致泡沫合金的抗氧化性能降低。     

镍基合金多孔管不同烧结温度下的孔结构和力学性能

以Inconel625合金粉末和增塑剂为原料,采用增塑挤压工艺成功制备出规格为Ф6 mm×600 mm的薄壁细长镍基合金多孔过滤管坯体。研究了烧结温度对过滤管孔结构和性能的影响。结果表明,随着烧结温度的提高,过滤管的烧结收缩率增大、拉伸断裂强度提高,最大孔径和相对透气系数则呈现逐渐降低的趋势。经1120℃×2 h真空烧结制得的镍基合金过滤管的最大孔径为1.42μm、相对透气系数为31.53 m~3/(h·k Pa·m~2),拉伸断裂强度为340.83 MPa。在该条件下得到的镍基合金过滤管具有良好力学性能,同时兼具适合的孔径和透气系数。     

多孔NiTi形状记忆合金的制备工艺

以NH_4HCO_3为造孔剂,利用元素粉末混合烧结法制备了多孔NiTi形状记忆合金。研究了压制压力、烧结温度和烧结时间对多孔NiTi合金孔结构的影响,并分析了其物相组成。结果表明:随压制压力的增加,平均孔径和孔隙率逐渐减小;随烧结温度提高,多孔NiTi合金的平均孔径减小、孔隙率先增加后减少,孔隙分布趋于均匀;随烧结时间延长,多孔NiTi合金的平均孔径及孔隙率先增加后减少。在造孔剂添加量50%,压制压力250 MPa,烧结温度1000℃,烧结时间6 h条件下可制备出孔结构均匀(平均孔径为314μm,孔隙率56.3%)的多孔NiTi合金,其基体相为B2(NiTi)相。     

反应烧结制备多孔TiB2-TiC复相陶瓷

通过反应烧结制备TiB2-TiC多孔复合材料.采用XRD和SEM分析该多孔复合材料的相组成和微观结构,并采用气体透过法测定多孔复合材料的相对透气系数和最大孔径.结果表明:制备的TiB2-TiC陶瓷复合材料中存在大量的连通孔隙,随烧结温度的升高,烧结体的密度增大、抗弯强度增强,而孔隙度、透气性和最大孔径均逐渐减小;当烧结温度为1 700 ℃时,所制备的多孔复合材料孔隙度为30.9%,相对透气系数达到0.7 mm/(Pa·s),最大孔径达到5 μm.     

元素粉末冷轧成形及反应合成制备TiAl合金过滤材料

以Ti、Al元素粉末为原料,通过冷轧成形和两阶段反应合成法,制备出孔隙度为38.3%～48.2%的Ti-46.5%Al(摩尔分数)金属间化合物过滤材料.具有最大孔隙度为48.2%的TiAl合金过滤材料的制备工艺为:冷轧压力35.3×104～43.1×104N(轧辊直径200mm),烧结过程升温速率0.33 K/s,分别在873和1 473 K温度下保温50和60 min.研究表明:真空烧结后,TiAl合金由TiAl和TiaAl两相组成,Ti3Al相含量随烧结温度升高而增加;所制备的TiAl合金过滤材料的最可几孔径可达2.56μm,对应的最大孔径为11.8 μm,透气度为3.219×105m·Pa-1·s-1;原轧坯中的孔隙及Al元素偏扩散造孔是形成过滤材料孔隙的主要原因.     

稀土改性Cr涂层对开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金组织结构及高温氧化性能的影响

为了提高三维网状开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金的高温氧化性能,本文采用固体粉末包埋工艺在开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金表面分别制备Y-Cr和Ce-Cr涂层,再将涂层加热到900℃和1000℃进行120h高温静态氧化试验。利用扫描电镜、X射线衍射仪对两种涂层改性Ni-Cr-Fe泡沫合金的微观组织结构和氧化产物的形貌、成分和相组成进行对比分析。结果表明：Ce-Cr涂层改性开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金组织均匀致密、涂层表面晶粒明显细化,且涂层与基体界面结合紧密。同时,Ce-Cr涂层改性泡沫合金的抗高温氧化性能优于Y-Cr涂层,氧化动力学曲线符合抛物线氧化规律。这主要由于其表面生成了均匀致密的Cr2O3氧化膜;涂层与基体之间形成了由Ni-Cr-Fe,[Fe,Ni]相构成的过渡层,使基体与涂层冶金结合,从而加强了涂层与基体的结合力。     

电弧离子镀NiCrAlYSi涂层抗高温氧化行为

采用电弧离子镀技术,在镍基高温合金DZ22B表面沉积一层NiCrAlYSi抗高温氧化涂层。利用SEM、XRD、EDS和电子探针等,分析了涂层的微观形貌、组织结构、物相和元素分布规律。研究了涂层和基体在1050℃的静态空气环境中恒温氧化200 h的氧化动力学规律和抗氧化性能。结果表明:沉积态涂层致密均匀,无孔洞等明显缺陷。经热处理后,涂层发生了β-NiAl向γ'-Ni_3Al的转变,主要物相为γ'-Ni_3Al/γ-Ni、β-NiAl和α-Cr相。恒温氧化200 h后,与基体相比,平均氧化速度由0.096 7g/(m~2·h)降到0.0340g/(m~2·h),显著提高了基体的抗高温氧化性能。氧化初期,涂层表面形成了一层均匀致密的α-Al_2O_3保护层,阻止氧向涂层内部扩散,从而大大提高了抗氧化性能。氧化过程中,涂层与基体的界面处发生了元素互扩散现象;主要为Cr元素从涂层向基体的内扩散和Co、W和Y元素从基体向涂层的外扩散。     

稀土改性Cr涂层对开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金组织结构及抗高温氧化性能的影响

为了提高三维网状开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金的抗高温氧化性能,采用固体粉末包埋工艺在开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金表面分别制备Y-Cr和Ce-Cr涂层,再将涂层试样加热到900和1000℃进行120 h高温静态氧化试验。利用扫描电镜、X射线衍射仪对2种涂层改性Ni-Cr-Fe泡沫合金的微观组织结构和氧化产物的形貌、成分和相组成进行对比分析。结果表明:Ce-Cr涂层改性开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金组织均匀致密、涂层表面晶粒明显细化,且涂层与基体界面结合紧密。同时,Ce-Cr涂层改性泡沫合金的抗高温氧化性能优于Y-Cr涂层,氧化动力学曲线符合抛物线氧化规律。这主要由于其表面生成了均匀致密的Cr_2O_3氧化膜;涂层与基体之间形成了由Ni-Cr-Fe,[Fe,Ni]相构成的过渡层,使基体与涂层冶金结合,从而加强了涂层与基体的结合力。     

增塑挤压-烧结制备多孔 Fe3Al过滤管

采用自制FeAl粉末与增塑剂的混合物,用增塑挤压-烧结法制备了多孔Fe3Al过滤管,研究了增塑剂和粉末粒度对过滤管组织和性能的影响.结果表明,合适的挤压料配比为5％～14％,挤压力为3～5 t;随烧结温度的升高,过滤管的烧结收缩率提高,最大孔径和相对透气系数呈先增大后降低的趋势;随增塑剂添加量的增多,过滤管的烧结收缩率、最大孔径和相对透气系数增大,而抗拉强度降低.采用粉末粒度为-500目的Fe3Al粉末配制挤压料,其过滤管的烧结收缩率和相对透气系数明显高于采用+500目Fe3Al粉末配比的挤压料.最佳配比参数为-500目的粉末、增塑剂添加量7％,烧结工艺为1250℃×3 h,此时多孔体的最大孔径为5.4 μm,相对透气系数为31.5 m3/(h·kPa· m2).     

热爆法制备FeAl基金属间化合物多孔材料（英文）

以Fe、Al粉末为原料,采用热爆法制备FeAl基金属间化合物多孔材料,研究烧结温度对其相组成、孔结构以及抗氧化性能的影响。结果表明:Fe-Al的热爆反应发生在636°C,1000°C烧结后得到单相FeAl金属间化合物多孔材料;多孔材料的开孔率达65%,其主要由连续的颗粒骨架、骨架之间的大孔隙和骨架内部的小孔隙构成;孔隙主要来自粉末压坯颗粒之间存在的原始大孔隙、烧结过程中熔化的Al颗粒在毛细作用下发生流动形成的原位大孔隙以及析出过程中在Fe-Al产物颗粒之间形成的小孔隙。此外,FeAl多孔材料在650°C空气气氛中表现出较好的抗高温氧化性能。     

Ni_3Al金属间化合物多孔材料的抗盐酸腐蚀性能

以Ni、Al元素混合粉末为原料,用偏扩散-反应合成-烧结的粉末冶金法制备Ni3Al金属间化合物多孔材料,在室温20℃下pH为2和3时以及90℃下pH=2时研究Ni3Al金属间化合物多孔材料在盐酸溶液中的腐蚀动力学曲线、孔结构稳定性和表面形貌变化以及Tafel曲线,并与Ni金属多孔材料进行比较。结果表明:Ni3Al金属间化合物多孔材料在盐酸中的质量损失率显著地低于Ni多孔材料的,且Ni3Al金属间化合物多孔材料的孔结构在腐蚀介质中长期稳定,并显示出优异的抗盐酸腐蚀能力。     

镍基合金多孔支撑管上微孔膜层的研究

采用树枝状Inconel625合金粉末,用冷等静压法制备了多孔支撑管,研究了烧结工艺对多孔支撑管组织结构和性能的影响。采用粉末湿法喷涂技术成形微孔膜层,研究了喷涂次数和烧结工艺对微孔膜层性能的影响。结果表明,在氢气气氛烧结炉中,烧结温度升高至1240℃时,多孔支撑管的最大孔径、孔隙率和透气系数达到要求,且试样具有合格的力学性能。采用多台阶慢速升温的烧结工艺研制出喷涂2遍后的金属微滤膜管,对于0.3μm的粉尘,过滤效率大于99%,并且具有较高的渗透系数(200 m3/h·m~2·k Pa)。     

Ti-16.28Si合金的高温抗氧化行为及添加Cu的影响

选用Ti、Si、Cu粉末通过高能球磨-冷压-无压烧结制备了Ti-16.28Si和Ti-15.46Si-5Cu两种合金,并在800℃、900℃、1000℃空气中对其进行高温氧化试验。利用SEM、EDS及XRD对烧结和氧化试样的表面及横截面形貌、物相组成进行分析,以研究合金的氧化机制。结果表明：两种配方试样烧结之后主要含有Ti、Ti5Si3、Ti5Si4相,加Cu配方出现Cu3Si相;加Cu后致密度升高。高温氧化80 h后,氧化试样的主要物相为TiO2,还含有少量的SiO2、Ti3O5、TiO、TiN、CuO或Cu2O相。两种合金在800℃和900℃氧化温度下都达到抗氧化等级。Ti-16.28Si合金在900?C时氧化膜表层基本上全是金红石TiO2,抗氧化性能最好。800℃下,添加Cu显著改善Ti-16.28Si合金的抗氧化性能;在Cu含量为5 wt%时其平均氧化速度仅为Ti-16.28Si合金的57.8 %;但在900℃和1000℃下,添加Cu后,Cu3Si相可降低合金的抗氧化性能。     

限域原位反应烧结制备Ti-Al多孔材料

采用Ti粉和Al粉为原料，通过限域原位反应烧结技术在石英管内制备了Ti-Al多孔材料。使用X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)和扫描电镜(SEM)对多孔材料的物相组成、元素含量和微观形貌进行了分析，并以检测结果为基础，对原位反应烧结机理及物相演变路径进行了研究。采用多孔材料完整性测试仪对多孔材料的过滤性能进行了测试，研究了Al粉添加量对多孔材料最大冒泡孔径、相对透气系数和孔径分布的影响。结果表明：多孔材料中Si元素含量随着Al粉添加量的增大而逐渐提高，说明Al元素的添加对SiO₂的分解及分解后Si原子向Ti-Al多孔基体中的扩散有促进作用，并伴有Ti-Si金属间化合物生成。当Al粉添加量为36%时，多孔材料的主相为TiAl,次生相为TiAl₂;当Al粉添加量为50%时，相组成主要为TiAl₃、TiAl₂以及少量的Ti₅Si₃;而当Al粉添加量为62%时，相组成为TiAl₃、TiAl₂和TiSi₂     

FeAl/FeAlSi非对称膜材料的制备及膜基结合性能

目的制备高温腐蚀环境下应用的Fe Al/Fe Al Si非对称膜材料,研究膜与基体的结合性能。方法采用粉末反应合成法制备大孔径、高孔隙度的FeAlSi多孔体作为支撑体,通过浸渍法在支撑体表面制备小孔径的FeAl涂层作为膜层,再经烧结得到Fe Al/Fe Al Si非对称膜材料。研究Fe Al/Fe Al Si非对称膜材料的孔结构性能及膜基结合性能。采用XRD和SEM研究多孔膜材料的物相组成及微观形貌,采用孔结构测试仪及压汞法测试支撑体与膜层的孔结构参数,采用拉伸法和反吹实验研究Fe Al/Fe Al Si非对称膜材料的膜基结合性能。结果 Fe Al/Fe Al Si非对称膜材料表面膜层均匀、完整,膜层与支撑体之间具有冶金结合。支撑体的孔隙度和平均孔径分别为43.0%和22.7μm,膜层的孔隙度和平均孔径分别为36.5%和7.5μm。当膜层厚度增加时,膜材料的透气度下降,最大孔径在一定膜层厚度范围内变化不大,当膜层厚度在150～300μm范围内时,最大孔径约为7.8μm。膜层与支撑体的结合强度大于5.5 MPa。结论浸渍法制备的Fe Al/Fe Al Si非对称膜材料的孔结构性能优异,膜基结合性能满足工业应用。