超重力下燃烧合成TiB_2-TiC共晶复合陶瓷

采用超重力下燃烧合成技术,制备出TiB2-TiC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,而富钛ε碳化物(Ti,Cr)C1-x则断续分布于TiC基体间,同时在基体中还孤立分布着少量的、形态不规则的α-Al2O3晶粒或Al2O3-ZrO2共晶团组织。高温化学反应使所有产物均呈液态,且超重力的引入诱发熔体内部Stocks流,从而获得液态Ti-Cr-C-B与液态氧化物的分层熔体,液态Ti-Cr-C-B在远离平衡态下发生共晶反应生成TiB2-TiC共晶复合陶瓷。性能测试表明,随着B4C+Ti+C在燃烧体系中质量分数增加,TiB2-TiC共晶复合陶瓷相对密度和断裂韧性变化不大,分别为97%~99%与6.5~7.1 MPa.m1/2,而维氏硬度与弯曲强度则逐渐增加,最高可达28.6 GPa与615 MPa。     

Al-TiO2-B2O3-C系XD合成铝基复合材料的反应机理及力学性能

研究了Al-TiO2-B2O3-C反应系XD合成铝基复合材料的反应机理.结果表明在Al-TiO2-B2O3-C系中,当B2O3/TiO2摩尔比=0.5,C/TiO2摩尔比=0时,TiO2和B2O3分别与Al结合生成热力学稳定的Al2O3和活性Ti原子、B原子,B原子和Ti原子分别穿过各自反应层结合生成热力学稳定的TiB2,过剩的Ti原子则与Al结合生成棒状物Al3Ti;加入碳粉后,Ti原子将优先与C和C与Al的化合物Al4C3反应生成TiC,Al3Ti逐渐减少,在C/TiO2摩尔比为0.5时,Al3Ti相基本消失,力学性能得到改善,其拉伸强度和延伸率分别从266MPa和3%增加到315MPa和7%.     

原位自生TiB2/Al-4.5Cu复合材料微观组织和力学性能

采用混合盐反应法制备TiB2含量分别为0%,2%,5%,8%(质量分数,下同)的TiB2/Al-4.5Cu复合材料,T6热处理后,采用XRD,ICP,OM,SEM,EDS等测试手段和室温拉伸实验进行微观组织观察和力学性能测试。XRD和ICP测试证实,合金体系中仅含α-Al,Al2Cu及TiB2,无Al3Ti,Al2B等反应中间产物。OM和SEM发现,基体材料中α-Al平均晶粒尺寸为167.5μm,而在2%,5%,8%的TiB2/Al-4.5Cu中,其平均晶粒尺寸依次为110.4,87.2,75.2μm,晶粒细化效果显著。TEM观察发现,TiB2颗粒主要分布在晶界处,呈四方和六方结构。室温拉伸实验表明,随着TiB2含量的增加,强度、显微硬度值均呈增加趋势,但伸长率不断下降。当加入8%TiB2时,屈服强度、抗拉强度、弹性模量和显微硬度分别达到356 MPa,416 MPa,92.5GPa和96.5HV,但其伸长率从10.3%降低到4.3%。载荷传递强化、细晶强化、位错增殖强化是TiB2/Al-4.5Cu复合材料力学性能得以大幅提升的影响因素,尤其是在位错增殖强化作用下,TiB2颗粒周边致密分布的位错胞、位错环对强度的提升起到了决定性作用。     

Al-TiO2-C系XD合成铝基复合材料的反应机理及拉伸性能

本文讨论了热扩散反应法制备Al-TiO2-C系铝基复合材料的反应机理及拉伸性能.热力学分析表明Al-TiO2-C系的合成反应是放热并可自发进行,反应产物中α-Al2O3生成自由能最低,热力学最稳定,当温度高于500K时,TiC优先于Al4C3生成.实验结果表明,当C/TiO2摩尔比为零时,增强体由α-Al2O3和Al3Ti组成,α-Al2O3为细小颗粒,呈偏聚状态,Al3Ti呈棒状,分布相对均匀.随着C/TiO2摩尔比的增加,Al3Ti逐渐减少,在C/TiO2摩尔比等于1时,Al3Ti基本消失,反应产物中未见Al4C3相,其拉伸性能也随之得到改善,拉伸强度和延伸率分别从273.4MPa和3%上升到350.7MPa和6%.     

添加Al 对MSI 制备C/ C-SiC 复合材料组织和力学性能的影响

以聚丙烯腈( PAN) 基炭纤维(Cf ) 针刺整体毡为预制体, 用化学气相渗透(CVI) 法制备炭纤维增强炭基体(C/ C) 的多孔坯体, 采用熔融渗硅(MSI) 法制备C/ C-SiC 复合材料, 研究了渗剂中添加Al 对复合材料组织结构和力学性能的影响。结果表明: C/ C 坯体反应溶渗硅后复合材料的物相组成为SiC 相、C 相及残留Si 相。随着渗剂中Al 量的增加, 材料组成相中的Al 相也增加而其它相减少; SiC 主要分布在炭纤维周围, 残留Si 相分布在远离炭纤维处, 而此处几乎不含Al ; 当渗剂中Al 量由0 增加到10 %时, 复合材料的抗弯强度由116. 7 MPa 增加到175. 4 MPa , 提高了50. 3 % , 断裂韧性由5. 8 MPa·m1/2增加到8. 6 MPa·m1/2 , 提高了48. 2 %。Al 相的存在使复合材料基体出现韧性断裂的特征。      

Ti-2Al-2.5Zr合金在300℃碱性水中氧化的表面分析

利用原位 AES深度分析 ,XRD,和 XPS方法研究了 Ti- 2 Al- 2 .5 Zr合金在 30 0℃碱性水中氧化 130 0 0 h所形成的氧化膜的结构、成分和价态 ,及其随深度的变化。结果表明 ,氧化膜是由板钛型 Ti O2 、Al2 Ti O5(Ti O2 ·Al2 O3) ,Ti3O5,Ti2 O3和 Ti O所组成 ,氧化膜由表面到基体基本是按以上顺序交迭构成。通过 XPS和原位 AES分析发现钛合金表面形成由 Ti O2 ,Al2 Ti O5(Ti O2 ·Al2 O3) ,Ti3O5组成的较为稳定的厚约 80 0 nm的 Ti4 + (Ti O2 )层 ,随深度的增加出现了 Ti3+ (Ti3O5,Ti2 O3)和 Ti2 + (Ti O) ,直至基体 ,氧化膜总厚度约 30 0 0 nm。     

自反应火焰喷涂梯度过渡陶瓷涂层研究

以Ti-B4C-C和Ni-Al自粘结复合粉为自蔓延反应喷涂体系,采用反应火焰喷涂技术,在金属表面制备了Ti(Cx,Ny)-TiB2-NimAln梯度过渡涂层.整个涂层以Ti(C0.7,N0.3)、TiC、TiN和TiB2构成陶瓷主结构,NimAln金属间化合物作为过渡相连续分布其中,涂层具有沿厚度方向宏观连续分布和微观成分突变的特征,并存在孔隙与夹杂,呈典型的多相非均质结构.涂层经梯度过渡后,与基体的结合强度由14.38 MPa增加到30.27 MPa,抗热震性能由2次增加到16次,孔隙率由原来的32%降至19%,显微硬度由底层的Hv545增加到表层的Hv1253.涂层耐磨损性能是45号钢的14倍.     

感应熔覆原位合成TiB增强钛基复合涂层的微结构与力学性能

采用高频感应加热熔化(90%钛(原子分数,下同)+10%硼)预置涂层的方法在Ti6Al4V基体表面制备感应熔覆原位TiB增强Ti基复合涂层,利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计和纳米压痕仪等研究复合涂层的显微结构、物相构成及微纳米力学性能。结果表明:感应熔覆钛基复合涂层表面光滑平整,内部无裂纹和孔隙,与基体形成良好的冶金结合;熔覆过程中Ti与B充分反应生成TiB增强相,涂层基质相由α-Ti和少量β-Ti构成。原位TiB增强体在涂层内部分布均匀,体积分数约为9.4%,纳米压痕硬度和弹性模量高达35 GPa和545 GPa。复合涂层的显微硬度达到525HV_(0.2),较Ti6Al4V基体材料提高了约67%。     

放电等离子合成Ti3AlC2/TiB2复合材料的制备及性能研究

采用放电等离子烧结方法研究了Ti3AlC2/TiB2复合材料的制备和不同TiB2含量(体积百分数)对Ti3AlC2/TiB2性能的影响.研究表明,在1 250℃,30 MPa压力和保温8 min条件下烧结,可以得到相对密度达98%以上的致密Ti3AlC2/TiB2块体材料;在Ti3AlC2中添加TiB2能大幅度提高材料的硬度;Ti3AlC2/TiB2维氏硬度达到10.39 GPa,电导率达到3.7×106 S·m-1当TiB2含量为10%时,抗弯强度为696 MPa,断裂韧性为6.6 MPa·m1/2,但当TiB2含量继续增加时,由于TiB2的团聚和TiB2抑制Ti3AlC2晶体的生长导致了材料的抗弯强度和断裂韧性的下降.     

超声化学原位合成纳米Al_2O_3/6063Al复合材料组织及高温蠕变性能

为研究纳米颗粒增强铝基复合材料的高温蠕变特性,基于6063Al-Al2(SO4)3体系,采用超声化学原位合成技术,制备出不同Al2O3体积分数(5%、7%)的纳米Al2O3/6063Al复合材料,通过高温蠕变拉伸试验测试其高温蠕变性能,利用XRD、OM、SEM及TEM分析其微观形貌。结果表明:施加高能超声可显著细化增强体颗粒并提高其分布的均匀性,所生成的Al2O3增强颗粒以圆形或近六边形为主,尺寸为20~100nm;纳米Al2O3/6063Al复合材料的名义应力指数、表观激活能和门槛应力值与基体相比大幅提高,均随着增强体体积分数的增加而提高,表明纳米Al2O3/6063Al复合材料的抗蠕变性能提高;纳米Al2O3/6063Al复合材料的真应力指数为8,说明复合材料蠕变机制符合微结构不变模型,即受基体晶格扩散的控制;纳米Al2O3/6063Al复合材料的高温蠕变断口特征以脆性断裂为主,高应力下形成穿晶断裂,低应力下形成沿晶断裂和晶界孔洞;纳米Al2O3/6063Al复合材料的主要强化机制为位错强化与弥散强化。     

Al_2O_3弥散强化Cu基复合材料高温拉伸行为研究

Al2O3颗粒弥散强化铜基复合材料因具有高强度和高导电性而在电子行业和电阻焊行业有着广阔的应用前景,本文利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料的显微组织进行了分析,并用高温电子拉伸试验机测试了其高温拉伸力学性能。结果表明,Cu 0.6%Al2O3复合材料的室温拉伸屈服强度为442MPa,600℃时屈服强度为154MPa;试验温度低于300℃,其断面收缩率为22.2%～62.0%,温度高于400℃,其断面收缩率为4.5%～9.1%,呈现出明显的高温脆性。对其拉伸断口形貌和断裂机理进行了初步分析。     

原位自生Al_2O_3-TiC_p/Al基复合材料的热力学分析

采用熔铸法制备了原位自生Al2O3-TiCp/Al基复合材料。借助差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等测试技术,对Al-TiO2-C体系的热力学进行了详尽的分析,讨论了过量铝对Al-TiO2-C体系反应的影响。结果表明,通过控制反应温度等工艺参数完全可以获得原位自生Al2O3-TiCp/Al基复合材料,避免副产物Al3Ti和Al4C3的产生。Al-TiO2-C体系原位合成Al2O3-TiCp/Al基复合材料存在着复杂的化学反应。首先在无过量铝的情况下,Al与TiO2发生置换反应,生成了Al2O3和游离态[Ti],而后游离态[Ti]与C结合生成TiC;而存在过量铝的情况下,首先发生铝热反应生成Al3Ti,进而Al3Ti与C结合生成TiC。最终完全获得Al2O3-TiCp/Al复合材料。随着过量Al含量由0增加至70%,Al与TiO2反应生成Al2O3的反应起始温度不断降低。     

反应热压(Al2O3+TiB2+Al3Ti)/Al复合材料的低周疲劳行为

采用反应热压法以Al、B₂O₃、TiO₂粉和Al、B、TiO₂粉为原料制备了两种(Al₂O₃+TiB₂+Al₃Ti)/Al复合材料。后一种原料粉制备的复合材料从基体中析出了细小的Al₃Ti相。研究了应变控制原位生成复合材料的室温低周疲劳行为。结果表明,在应变幅较小时(ε_</em>t≤0.3%),不含Al₃Ti析出相的材料表现为循环稳定;而在应变幅较大时(ε_</em>t≥0.4%), 则表现为第一周的循环硬化和随后的循环软化。在所采用的应变幅下,含Al₃Ti析出相的材料均表现为循环稳定。疲劳裂纹萌生部位为Al₃Ti相断裂、Al₃Ti相与基体的界面开裂和基体中微裂纹。疲劳裂纹穿过基体,绕过Al₂O₃、TiB₂质点扩展。两种复合材料的疲劳寿命均符合Coffin-Manson公式。      

Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的研究

采用热压工艺制备了Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料,测量了其力学性能.结果表明,当CaF2含量为10%(质量分数,下同)时,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的强度和硬度最高,分别达到了589MPa和HV1537.其微观结构显示,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的晶粒大小均匀,基体组织成网状结构,有利于提高材料的强度.对Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料室温干摩擦下的摩擦磨损行为进行了研究,当CaF2含量为10%时,摩擦系数最低,约为0.28左右,CaF2含量为15%的陶瓷反而具有较大的摩擦系数,达到了0.32左右.研究表明,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料能形成有效的减磨层,从而显著降低摩擦系数和磨损因子,具有一定的自润滑性能.     

Suppressing Al_2O_3 nanoparticle coarsening and Cu nanograin growth of milled nanostructured Cu-5vol.%Al_2O_3 composite powder particles by doping with Ti

Both the coarsening of Al_2O_3 nanoparticles and the growth of Cu nanograins of mechanically milled nanostructured Cu-5 vol.%Al_2O_3 composites with, and without, trace amounts of Ti during annealing at973 K for 1 h were investigated. It was found that doping with a small amount of Ti(e.g. 0.2 wt%) in a nanostructured Cu-5 vol.%Al_2O_3 composite effectively suppressed the coarsening of Al_2O_3 nanoparticles during exposure at this temperature. Further, the Ti addition also prevented the concomitant abnormal growth of the copper grains normally caused by the coarsening of the Al_2O_3 nanoparticles. Energy dispersive X-ray spectroscopy analysis of the Al_2O_3 nanoparticles in the annealed Cu-5 vol.%Al2 O3-0.2 wt%Ti sample suggested that the Ti atoms either diffused into the Al_2O_3 nanoparticles or segregated to the Cu/Al_2O_3 interfaces to form Ti-doped Al_2O_3 nanoparticles, which was more stable than Ti-free Al_2O_3 nanoparticles during annealing at high homologous temperatures.     

气压烧结Al2O3/TiCN复合材料的研究

运用气压烧结工艺克服了热压工艺的局限性,制备了Al2O3/TiCN复合材料,考察了材料在不同温度烧结时的致密化行为及其力学性能,结果表明气压烧结制备的Al2O3-30wt%TiCN陶瓷复合材料,相对密度达到99.5%,抗折强度为772MPa,硬度为19.6GPa,断裂韧性高达5.82MPa/m2.     

Influence of particulate morphology on microstructure and tribological properties of cold sprayed A380/Al_2O_3 composite coatings

In this study, three kinds of A380/Al_2O_3 composite coatings were prepared by cold spray(CS) using spherical, irregular and spherical + irregular shaped Al_2O_3 particulates separately mixed in the original A380 alloy powders. The influence of Al_2O_3 particulates' morphology on the microstructural characteristics(i.e.retention of Al_2O_3 content in coatings, coating/matrix interfacial bonding, pore size distribution and morphology etc.) and wear performance of the coatings was investigated by scanning electron microscopy(SEM), X-ray computed tomography(XCT) and 3-D optical profilometry. Results indicated that the spherical Al_2O_3 shows obvious tamping effect during deposition process. As a result, the interface showed a wavy shape while the matrix and particulates were mechanical interlocked with much improved adhesion. In addition, the porosity of the coating was minimized and the pores exhibited curved spherical structure with reduced dimensions. The irregular Al_2O_3 particles predominantly displayed the embedding effect together with fragmentation of Al_2O_3 particulates. Consequently, poor coating/matrix interfacial bonding, high porosity and the formation of angular-shaped pores were resulted in the coating. Dry sliding wear tests results revealed that the wear resistance of the coating is directly related with the retained content of Al_2O_3 in the coating. The coating containing irregular Al_2O_3 particulates displayed superior wear performance with its wear rate one seventh of that of the pure A380 alloy coating. The coating containing both kinds of Al_2O_3 particulates showed mixed characteristics of above two kinds of Al_2O_3 composite coatings.     

脉冲电沉积RE-Ni-W-B-PTFE-Al2 O3复合镀层性能的研究

高性能复合镀层具有优良的耐磨、耐蚀性能,能满足工业生产对材料性能的要求.研究了脉冲电沉积RE-Ni-W-B-PTFE-Al2O3复合镀层的成分、形貌及性能.结果表明:脉冲电流及Al2O3固体颗粒能明显提高RE-Ni-W-B-PTFE-Al2O3复合镀层中W和B的含量;与直流电沉积相比,脉冲电沉积RE-Ni-W-B复合镀层的表面裂纹已明显减小,但裂纹仍存在,当Al2O3耐磨颗粒及PTFE减摩微粒嵌入RE-Ni-W-B复合镀层中以后,在SEM 400倍下观察,RE-Ni-W-B-PTFE-Al2O3镀层已不存在裂纹, 而且镀液中Al2O3颗粒含量越多,晶粒就越细;此外,研究表明,镀液中Al2O3颗粒含量增加, RE-Ni-W-B-PTFE-Al2O3复合镀层镀态硬度增加,磨损率降低.     

Al2O3/(纳米)Fe3Al复合材料位错形貌的TEM观测

利用TEM对Fe₃Al/Al₂O₃复合材料的位错形貌进行了观测分析,观察到Fe₃Al/Al₂O₃中丰富的位错组态。根据透射电镜观察,引入Fe₃Al后,Al₂O₃晶内产生大量位错,位错多产生于Fe₃Al于Al₂O₃相界面附近,亚界面的形成使基体晶粒再细化,使强度提高。在Fe₃Al中观察到超点阵位错,对材料起到"有序强化"作用。