SiC_f/Ti6Al4V/Cu复合材料的界面行为及力学性能

采用箔-纤维-箔法制备SiC_f/Ti6Al4V/Cu复合材料,研究Ti6Al4V在连续SiC纤维增强Cu基复合材料中作界面改性涂层时的界面反应结合特征.利用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪分析复合材料显微组织、断口形貌以及SiC_f/Ti6Al4V界面和Ti6A14WCu界面的反应扩散特征.结果表明:该复合材料的抗拉强度并没有显著提高;SiC_f/Ti6Al4V界面反应非常微弱;而Ti6Al4V/Cu界面反应非常明显,主要是Ti原子与Cu原子之间的反应,反应层厚度约为20 μm;反应产物主要呈4层分布,分别为CuTi_2、CuTi、Cu_4Ti_3和Cu_4Ti.     

SiC/Ti6Al4V复合材料界面反应产物的形成序列及扩散路径

通过SiC/Ti6Al4V钛基复合材料的制备及在不同条件下的热处理试验，利用SEM，EDS及XRD分析技术研究复合材料界面反应产物相的形成及反应元素的扩散路径。结果表明：反应元素如C，Ti，Si在界面反应层中出现浓度波动，合金元素Al并没有显著扩散进入界面反应产物层，而是在界面反应前沿堆积，其界面反应产物被确认为Ti3SiC2，TiCx，Ti5Si3C，和Ti3Si；在界面反应初期，存在着TiC＋Ti5Si3Cx双相区，当形成各界面反应产物单相区时，SiC／Ti6Al4V复合材料界面反应扩散的完整路径应为：SiC ｜ Ti3SiC2 ｜ Ti5Si3Cx ｜ TiCx ｜ Ti3Si｜ Ti6Al4V＋TiCx；界面反应产物层的生长受扩散控制，遵循抛物线生长规律，其生长激活能Q^k及k0分别为290.935 kJ·mol^-1,2.49× 10^-2 m·s^-1/2.     

SCS-6 SiC纤维增强钛基复合材料的界面反应

SCS-6 SiC纤维增强Super α2钛基复合材料界面反应较严重,其反应产物分布可达6层之多;SCS-6 SiC/Ti2AlNb及SCS-6 SiC/IMI834复合材料仅形成3-4层界面反应产物SCS-6 SiC/IMI834复合材料在界面处形成的S2硅化物可在一定温度下阻止反应的进一步进行,使复合材料具有很好的热稳定性.对界面反应热力学研究表明,Ti3Al+C→Ti3AlC反应导致了界面反应产物Ti3AlC的形成.     

陶瓷基复合材料辅助脉冲电流液相扩散连接的界面反应及接头强化机制

采用Cu-Zr箔/Cu箔/Cu-Zr箔中间层对Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料进行了液相扩散连接实验,研究了辅助脉冲电流对元素扩散、界面反应产物及接头强化机制的影响.结果表明,液相扩散连接过程中辅助脉冲电流条件下可以在较低的焊接温度和较短的焊接时间内实现更高的接头强度.辅助脉冲电流液相扩散连接工艺显著改变了Zr和Cu在Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料和钎缝中的扩散行为,减少Zr的活性,抑制其与Al2O3陶瓷颗粒发生激烈的化学反应.辅助脉冲电流可以抑制陶瓷颗粒相溶解进入焊缝以及界面扩散过渡层和Zr-Cu反应层的厚度,确保焊缝强化以及界面强化,这是辅助脉冲电流液相扩散连接接头具有较高强度水平的关键所在.     

SiCf/Ti-43Al-9V复合材料的界面反应

利用纤维涂层法和真空热压工艺制备SiC纤维增强γ-TiAl金属间化合物(Ti-43Al-9V)复合材料,采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)仪等研究复合材料的界面反应产物和界面反应产物的生长动力学。结果发现,SiCf/Ti-43Al-9V复合材料的界面反应生成了TiC、Ti2AlC和Ti5Si3,分三层分布。从SiC纤维到Ti-43Al-9V基体,界面反应产物序列为:TiC/Ti2AlC/Ti5Si3+Ti2AlC(颗粒)。界面反应产物的生长受扩散控制并遵循抛物线生长规律,其生长激活能Q和指前因子k0分别为190kJ/mol和2.5×10-5m.s-1/2。与其它Ti合金基的复合材料相比,γ-TiAl基复合材料的界面热稳定性更好。     

SiC纤维增强Ti55复合材料的界面研究

利用纤维涂层法(FMC)、结合热压工艺制备了SiC纤维增强Ti55基复合材料(SiCf/Ti55).主要研究复合材料在经不同条件真空热暴露处理后,其反应产物相形成的反应序列以及界面反应动力学.结果表明,仅C、Si和Ti等元素参与了界面反应.在1000 ℃热暴露时,SiCf/Ti55复合材料界面反应产物序列为SiC | Ti3SiC2 | Ti5Si3+TiC | TiC | Ti55.但是,在低温热暴露的复合材料中不存在Ti3SiC2相.SiCf/Ti55复合材料界面反应产物的生长受扩散控制且遵循抛物线生长规律,其生长激活能Qk及指数系数k0分别为198.16 kJ·mol-1,1.79(10-3 m·s-1/2.相比SiCf/Ti复合材料和SiCf/Ti2AlNb复合材料,SiCf/Ti55复合材料拥有一个高稳定性的界面.然而,相比SiCf/Ti600复合材料和SCS-6 SiCf/ super а2复合材料,SiCf/Ti55复合材料中的纤维与基体更容易发生反应,且界面层更容易生长.     

低压辅助熔渗3D-C/Cu复合材料的组织和界面特性

以碳纤维细编穿刺织物为预制体,Cu-6Ti为基体合金,采用低压辅助熔渗工艺成功制备了3D-C/Cu复合材料,并利用XRD、OM、SEM和EDS对复合材料的微观组织和界面特性进行了研究.结果表明,添加适量的Ti能明显改善碳纤维与铜基体的润湿性,有利于熔渗的进行.熔渗过程中,合金熔体在压差作用下渗入碳纤维织物中,微观组织分析表明熔渗效果良好;复合材料的界面通过Ti与C的反应扩散形成, 扩散使反应层厚度不断增加,经过54 min后反应扩散完毕.     

CuCr/1Cr18Ni9Ti双金属复合材料的真空扩散连接

采用真空扩散连接法制备了CuCr/1Cr18Ni9Ti双金属复合材料,研究了熔铸温度对结合区组织形貌、界面反应层宽度和界面区域显微硬度的影响。结果表明,在1090℃下连接的CuCr/1Cr18Ni9Ti复合材料界面析出相颗粒的尺寸和分布最均匀,反应层也最宽,界面反应层的显微硬度呈现"凸起"趋势。     

SiC_f/Ti60复合材料的热稳定性

对采用磁控溅射先驱丝工艺制备的SiC_f/Ti60复合材料进行不同温度下长时间热暴露实验,分析了热等静压态和热暴露态复合材料界面区结构稳定性及元素扩散规律。研究结果表明,SiC纤维中C、Si元素和Ti60基体中Ti及其它合金元素进行互扩散;界面反应层主要产物为Ti C,Ti C层外侧环绕着一层硅化物;基体中的Ti C主要集中分布在α钛晶界处。SiC_f/Ti60复合材料反应层厚度长大受扩散控制并与温度的关系遵循阿伦尼乌斯规律,界面反应层长大指数因子为2.27×10~(-4) m/s~(1/2),界面反应层长大激活能为118 k J/mol。     

SiC／Ti基复合材料界面反应的热力学研究

通过建立热力学可能反应模型，分别计算了SCS－6 SiC长纤维增强Ti3Al和TiAl金属间化合物基复合材料界面反应的Gibbs函数变值△rG，并用△rG判据推测了界面反应产物并与透射电镜实验结果进行了对比分析。研究表明，由于TiAl中原子结合力较强，因而SCS－6 SiC/TiAl复合材料的界面反应较轻。所研究的2种复合材料界面反应的二元反应产物为TiC,Ti5Si3和Ti3Si,Ti-Si相图中的其它二元硅化物不可能形成。     

Wf／ZrTiCuNiBe非晶合金复合材料的界面特征与性能

用渗流铸造水淬法制备了φ6mm×50mm的W纤维增强的Zr4125Ti13．75Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金复合材料。采用扫描电镜（SEM）分析了相同渗流时间，不同渗流温度复合材料的界面反应形貌，并采用Push-out法测定了界面剪切强度，讨论了界面特征、界面剪切强度与宏观压缩断裂行为之间的关系。结果表明：渗流铸造法制备的W纤维增强Zr41.25Ti13．75Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金复合材料明显提高了非晶合金的塑性和断裂强度。复合材料界面结合包括界面扩散和界面反应两个过程。界面反应程度加剧时界面剪切强度增大，复合材料的破坏方式由纵向劈裂转变为剪切破坏。     

Ti3SiC2-TiSi2-TiB2熔覆复合材料在氩气退火过程中的相稳定性分析

采用氩弧熔敷法制备了Ti3SiC2-TiSi2-TiB2复合材料,并对其在高温氩气退火过程中的相稳定性进行了分析. 结果表明,Ti3SiC2相在氩气保护和1 450℃高温条件下具有稳定性,而原位合成的含碳的TiSi2(Cx)固溶体相在退火过程中通过原子扩散而发生分解,其转化产物主要为Ti3SiC2及少量的SiC稳定相. 退火后,熔覆样品中Ti3SiC2的体积含量比退火前增加了4.8%. 热力学计算结果表明,样品在退火过程中通过原子扩散引起的反应机制为TiSi2(Cx)→Ti3SiC2+SiC,并提出了Ti3SiC2-TiSi2-TiB2熔覆复合材料在退火过程中的原子扩散反应模型. 退火试验分析结果表明,钨极氩弧熔敷法与高温退火相结合的复合工艺可以提高Ti3SiC2-TiSi2-TiB2熔覆复合材料的整体热稳定性.     

金属基复合材料界面反应控制研究进展

金属基复合材料可以通过基体合金成分改变、增强体的形态和种类选择及工艺控制等要素获得不同的材料特性,因而具有很强的可设计性。在金属基复合材料性能设计中,界面状态的控制是核心内容。归纳了作者近几年在金属基复合材料界面控制研究方面的研究工作,包括利用工艺技术方法控制Cf／Al有害界面反应,获得TiB2／Al自润滑界面;利用基体合金化方法控制SiC／Al和Cf／Al有害界面反应,获得W／Cu固溶体界面等方面的理论与实践。研究表明,采用材料制备工艺和基体合金化等方法控制界面反应热力学和动力学过程可以实现抑制有害界面产生及获得有益界面,而且是十分简捷、有效和低成本的方法。     

SiCp/LY12复合材料的电阻点焊工艺研究

对SiCp/LY12铝基复合材料电阻点焊焊接工艺参数进行了优化,并对接头微观组织和性能进行了分析,结果表明:接头质量良好,在焊缝中心区域没有发现针状析出物即没有发生界面反应,焊接气孔及裂纹缺陷也极少,但在焊缝出现了SiC颗粒偏聚现象.总的来说,用电阻点焊来焊接SiCp/LY12铝基复合材料是可行的.     

SiCf/Ti-60热稳定性研究

本文对采用磁控溅射先驱丝法制备的SiC_f/Ti-60复合材料进行不同温度下长时间热暴露实验,分析了热等静压态和热暴露态复合材料界面区结构稳定性及元素扩散规律。研究结果表明,界面反应层主要产物为TiC,纤维中C、Si元素和基体中Ti及其它合金元素进行互扩散;C元素扩散速率较快,在界面处和基体内形成TiC,基体中的TiC主要集中分布在α相晶界处。SiC_f/Ti-60复合材料反应层长大受扩散控制并遵循抛物线定律,界面反应层长大指数因子为2.27×10_-4 m/s_1/2,界面反应层长大激活能为118 kJ/mol。     

SiCf/Ti-6Al-4V复合材料界面反应动力学

SiC纤维增强Ti基复合材料（SiCf／Ti）容易发生界面反应，从而影响其力学性能。开展界面反应和动力学的研究，对于SiCdTi复合材料的制备和服役具有指导意义。采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射分析了SICf／Ti-6Al—4V复合材料的界面反应及其动力学，发现SiC纤维的C涂层与Ti-6Al—4V反应形成粗晶粒的和细晶粒的TiC，长期高温热处理使得界面反应加剧，TiC层加厚，当C涂层完全消耗后，界面反应层中除了TiC外，还出现了Ti3SiC2。研究表明，界面反应层的加厚受元素扩散控制，服从抛物线规律，求出的动力学参数Q为268．8kJ／mol，k为0．0057m/s1/2。     

SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的界面研究

采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪研究了用中国制备SiC纤维增强的Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,发现在SiC纤维的C涂层和Ti-6Al-4V基体之间形成的界面反应产物为细晶粒和粗晶粒的TiC,而无C涂层的SiCf/Ti-6Al-4V的界面反应产物,从SiC纤维到Ti-6Al-4V基体,依次为细晶粒的TiC+Ti5Si3、粗晶粒的TiC和Ti3SiC2.还测量了界面反应区厚度并讨论了界面反应机理.     

SiCf／Ti-6AI-4V复合材料的界面研究

采用扫描电镜、透射电镜和x射线衍射仪研究了用中国制备SiC纤维增强的Ti-6AI-4V复合材料的界面反应，发现在SiC纤维的C涂层和Ti-6AI-4V基体之间形成的界面反应产物为细晶粒和粗晶粒的TiC，而无C涂层的SiCf／Ti．6AI．4V的界面反应产物，从SiC纤维到Ti-6AI-4V基体，依次为细晶粒的TiC＋Ti5Si3、粗晶粒的TiC和Ti3SiC2。还测量了界面反应区厚度并讨论了界面反应机理。