钛合金层和Ti_2AlC协同增强TiAl基叠层复合材料的耦合机制

以TC4钛合金板材(Ti-6Al-4V)作为强韧层,Ti C-Ti-Al混合粉末作为复合层,采用放电等离子烧结技术(SPS)制备TC4/Ti_(n+1)Al C_n-TiAl叠层结构复合材料(n=1或2)。研究了TC4/Ti Al基叠层复合材料组成、结构和力学性能。研究表明,碳化物的原位形成细化了复合材料层中Ti Al晶粒,抑制了界面反应,阻碍了裂纹扩展,对提高材料的断裂韧性有利。但随着碳化物含量的增加会导致材料的抗弯强度下降。当Ti_2Al C理论生成量为30wt%时,TC4/Ti~(n+1)Al Cn-Ti Al叠层复合材料的断裂韧度在垂直叠层结构受力方向(arrester orientation)上达到55.07 MPa·m~(1/2)。当Ti_2Al C理论生成量为10wt%时,TC4/Ti_(n+1)Al C_n-Ti Al叠层复合材料的抗弯强度在垂直叠层结构受力方向上达到1222.12 MPa。     

放电等离子烧结制备TC4/Ti_(n+1)AlC_n-TiAl叠层结构复合材料的组织和性能

以TC4钛合金箔(Ti-6Al-4V)作为强韧层,TiC-Ti-Al混合粉末作为复合层,采用放电等离子烧结技术(SPS)制备TC4/Ti_(n+1)AlC_n-TiAl叠层结构复合材料(n=1或2)。研究了TC4/TiAl基叠层复合材料组成、结构和力学性能。结果表明:叠层之间结合良好,随着强韧层数量和Ti_(n+1)AlC_n含量的增加,界面层厚度减小,裂纹在扩展过程中Y型分叉角增大,应力集中因子减小,材料的力学性能显著提升。当强韧层数为9层时,材料的抗弯强度和断裂韧性在Arrester受力方向上达到最大值,分别为(1419.28±70.96)MPa和(62.17±3.11)MPa·m~(1/2)。     

Ti3AlC2含量对热压制备Cu/Ti3AlC2复合材料的影响

以Ti3AlC2和Cu粉作为原料,原位热压制备一系列Cu/Ti3AlC2复合材料,并研究Ti3AlC2含量对复合材料生成相、显微组织、力学和电学性能的影响。实验结果表明,在1150℃的高温下,不管Ti3AlC2的含量,Al都从Ti3AlC2中溶出进入液相Cu中,反应生成新的复合相。当Ti3AlC2原料的体积分数为40%~60%时,复合材料由Ti3C2相和Cu(Al)合金相组成。Cu/Ti3AlC2复合材料具有高强度及良好的断裂韧性和导电性,归因于Ti3C2聚集薄层与Cu(Al)合金层之间的牢固结合以及Cu(Al)相构成的空间网络结构。当Ti3AlC2原料的体积分数为70%或80%时,复合材料由Ti3C2和Cu9Al4金属间化合物组成,随着Ti3AlC2含量的增加,其强度和断裂韧性减小,硬度和电阻率增大。     

复合粉末中间层钎焊SiO2 陶瓷与TC4合金的接头组织与性能

采用46.4%Ag-18.0%Cu-35.6%Ni(质量分数)复合粉末中间层实现了SiO2陶瓷和TC4钛合金的良好钎焊.使用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等方法对钎焊接头的界面组织和力学性能进行了研究.结果表明,SiO2陶瓷和TC4钛合金的连接接头成形良好,SiO2陶瓷/Ag-Cu/Ni/TC4钛合金钎焊接头的界面结构为:SiO2/Ti4O7+TiSi2/Ti2Cu+Ti2Ni/α-Ti+Ti2Cu+Ti2Ni过共晶组织/α-Ti+Ti2Cu+Ti2Ni过共析组织/α-Ti/TC4.当钎焊温度为970 ℃、保温时间为30 min时,使用Ag-Cu/Ni粉末中间层钎焊SiO2陶瓷与TC4钛合金的接头达到最高抗剪强度38 MPa.     

热轧制备Ti-6Al-4V/6061/AZ31B复合板及组织与性能研究

利用热轧复合工艺制备Ti-6Al-4V/6061/AZ31B(简称Ti/Al/Mg)叠层复合板,并研究了轧制温度对其组织与性能的影响.结果表明,Ti/Al/Mg叠层复合板中Ti/Al及Al/Mg界面结合良好.铝层和镁层的组织在厚度方向上是不均匀的,镁层组织的不均匀是由于轧辊与板材表面之间的摩擦力所致,铝层组织的不均匀是...     

电弧复合磁控溅射结合热退火制备Ti2AlC涂层

利用电弧复合磁控溅射技术制备不同Ti/Al比的Ti-Al-C涂层,结合后续的退火处理制备Ti_2AlC相涂层。利用SEM、EDS、XRD、Raman光谱仪和TEM等研究了Ti/Al比及退火温度对退火后Ti-Al-C涂层的相和微观结构的影响。结果表明,Ti-Al-C沉积态涂层为富Al层和TiCx层交替堆垛的多层结构,涂层表面大颗粒较少且结构致密。Ti/Al比对退火后涂层中的相结构有重要的影响:当Ti/Al比为2.04时,退火后涂层中Ti_2AlC的纯度和结晶度最高;Ti/Al比过高(3.06)时,退火后涂层中形成TiC和Ti_3AlC杂质相,而低Ti/Al比(0.54)则大幅度降低Ti_2AlC相的纯度和结晶度。同时,退火温度很大程度影响Ti_2AlC相的形成,当沉积态涂层中Ti/Al比为2.38时,Ti_2AlC相涂层形成的最佳退火温度为750℃,偏低的退火温度(600℃)下,原子不能充分扩散,难以形成211结构的Ti_2AlC相,而退火温度过高时(900℃)涂层中存在较多的TiC、TiAlx等杂质相。     

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.     

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1250℃,30MPa压力和保温8min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;Ti3AlC2/30%TiB2维氏硬度达到10.39GPa,电导率达到3.7×106S·m-1;当TiB2含量为10%时,抗弯强度为696MPa,断裂韧性为6.6MPa·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。     

TiB_2基陶瓷/Ti-6Al-4V合金梯度纳米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制备出Ti B_2基陶瓷/Ti-6Al-4V合金层状复合材料,并在层间出现Ti B_2、Ti C_(1-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±45 MPa与45±15 MPa·m~(0.5)。     

TC4钛合金表面Cr2AlC涂层的制备及高温氧化行为

目的为提高钛合金在高温条件下的服役性能,探索Cr_2AlC MAX相涂层对TC4钛合金高温氧化行为的影响。方法采用低温反应直流磁控溅射技术再经后续退火处理的方法,在TC4钛合金基体表面制备高纯度的Cr_2AlC MAX相涂层。利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和能谱仪,分析了Cr_2AlC涂层试样和TC4钛合金经750℃静态空气恒温氧化前后的相结构、组织形貌和组分,并采用分析天平测定了TC4钛合金和Cr_2AlC涂层试样在750℃静态空气中氧化后的氧化动力学曲线。结果经750℃空气中氧化10 h后,TC4钛合金表面形成厚度达13μm的疏松团絮状TiO_2和Al_2O_3混合物氧化膜。而Cr_2AlC涂层表面能够形成以α-(Al,Cr)2O3为主的致密氧化膜,可有效阻止氧元素向内扩散。Cr_2AlC涂层试样在750℃空气中氧化90 h后的氧化增重仅为无涂层TC4钛合金在750℃空气中氧化10 h后的6.6%。结论 Cr_2AlC涂层具有优异的抗高温氧化性能,能够明显提高TC4钛合金的使用温度,使其氧化增重速率大幅降低。     

DESIGN AND PREPARATION OF SILICON NITRIDE COMPOSITE WITH HIGH FRACTURE TOUGHNESS AND NACRE STRUCTURE

ＤＥＳＩＧＮＡＮＤＰＲＥＰＡＲＡＴＩＯＮＯＦＳＩＬＩＣＯＮＮＩＴＲＩＤＥＣＯＭＰＯＳＩＴＥＷＩＴＨＨＩＧＨＦＲＡＣＴＵＲＥＴＯＵＧＨＮＥＳＳＡＮＤＮＡＣＲＥＳＴＲＵＣＴＵＲＥＹＨｕａｎｇ；Ｈ．ＮＨａｏ；Ｙ．Ｌ．ＣｈｅｎａｎｄＢ．Ｌ．Ｚｈｏｕ（１）Ｄｅ...     

纤维及颗粒增强Al/Ti叠层复合材料制备方法和性能研究

Al/Ti叠层复合材料具有低密度、高比强度、高比刚度和高抗冲击性的优异性能,是一种理想的轻质高强材料,但是金属间化合物Al3Ti的脆性限制了其实际应用。通过复合纤维、陶瓷颗粒可以降低Al3Ti的脆性,提高Al/Ti叠层复合材料的强度和韧性,使其在航空航天、武器装甲等领域具有广阔的应用前景。本文简述了部分典型纤维、陶瓷颗粒增强Al/Ti叠层复合材料的制备方法,比较了不同材料和制备方法的优缺点。提出了碳化硼(B4C)增强Al/Ti叠层复合材料的可行方法,并采用真空热压法制备了0.2 mm厚的B4C薄片强化的Al/Ti叠层复合材料,该方法通过B4C薄片直接承载吸能和形成硬度梯度诱导裂纹偏转的方式强化基体,使其冲击韧性达到89 J/cm2,抗弯强度可达756 MPa,相较基体分别提高51%和38%。     

新型TC21钛合金热处理工艺参数与显微组织演变的关系研究

TC21钛合金是新型的高强韧损伤容限型钛合金，其模锻件为网篮组织，锻后热处理工艺采用双重退火工艺。本研究采用金相法、SEM等方法系统研究了TC21钛合金模锻件的锻后热处理工艺和显微组织演变规律。试验分析了TC21钛合金模锻件锻后第1次退火加热温度、第2次退火加热温度和保温时间等工艺参数条件下的初生α相数量、形状以及网篮组织形貌特征的变化规律，为TC21钛合金模锻件获得高强、高韧和损伤容限优良综合性能奠定基础。     

退火对海绵钛/电解钛熔炼TC4合金铸锭轧制板材组织性能的影响

以海绵钛和电解钛分别作为熔炼TC4钛合金的原材料,将熔炼后的铸锭进行热轧并退火处理,研究不同原料铸锭轧制的TC4合金板材退火处理后的组织与力学性能。结果表明:去应力退火对电解钛与海绵钛TC4合金板材组织的影响不大。再结晶退火后,电解钛与海绵钛TC4合金板材均有再结晶的等轴α相,而电解钛TC4合金的等轴化程度更高,内部组织更均匀。海绵钛TC4合金板材在经550 ℃退火处理后的应力去除效果比电解钛TC4合金的好,其强度略微降低,而塑性提升更为明显。电解钛TC4合金板材在经过800 ℃退火处理后的再结晶效果比海绵钛TC4合金好,其强度略微降低,而塑性得到极大的提升。两种钛合金板材退火后板材的断裂方式皆为韧性断裂。海绵钛TC4合金板材经退火后硬度降低,而电解钛TC4合金板材经退火后硬度增加。     

杂质及Ce对8090Al—Li合金内,外韧化水平的影响

本文研究了杂质及Ｃｅ对８０９０Ａｌ－Ｎｉ合金内，外韧化水平的影响。结果表明，Ｆｅ，Ｓｉ主Ｎａ，Ｋ杂质有一定外韧化效果，但严重降低内韧化水平，在含料多杂质的材料中添加微量Ｃｅ，能够提高内韧化水平，但却降低外韧化水平。     

Laminated particulate-reinforced aluminum composites with improved toughness

An architectural approach for toughening discontinuously reinforced aluminum (DRA) alloys is described. It is based upon exploiting the higher apparent toughness of thin DRA lamina to obtain a laminate of higher thickness and toughness. The laminated composite consisted of alternate layers of a 7093/SiC/15p DRA, and an unreinforced aluminum–manganese alloy, 3003. Fracture toughness tests in the crack divider configuration showed a toughness improvement of 79% in an underaged condition and an improvement of 53% in the peak-aged condition compared to the monolithic DRA. Fractographic observations of the primary void size, and its close correspondence with the fracture surface of thin specimens, provided evidence that the individual DRA lamina indeed experienced sufficient loss of constraint in the thickness direction. This was further confirmed by observations of delamination in the fast fracture domain. However, the bond strength was quite good, as evidenced by very little delamination in the fatigue crack growth region, and by a lack of such damage in tension specimens. In essence, the laminate behaved as a smart structure, being resistant to failure under normal conditions, but allowing full loss of constraint in the severe stress–strain field ahead of a loaded crack. Modeling efforts were consistent with a reduction of hydrostatic stress, through the loss of out-of-plane constraint for the laminas, although the predicted level of toughness improvement was lower than observed. Overall, this study clearly demonstrates that the fracture toughness of laminated composites can be engineered based on the understanding of constraint effects associated with specimen thickness in the DRA composite.     

Cu75Pt钎料钎焊Ti60与TC4接头界面组织及性能

采用Cu75Pt钎料实现了Ti60钛合金与TC4钛合金的真空钎焊,采用SEM,EDS,XRD分析了钎焊接头显微结构.结果表明,接头典型组织结构为Ti60/Ti2Cu+α-Ti/Ti2Cu/Ti2Cu+Ti3Pt/Ti2Cu/Ti2Cu+α-Ti/TC4.对不同钎焊温度下获得的接头界面组织结构进行了分析,结果表明,随着钎...     

海绵钛/电解钛熔炼TC4钛合金铸锭直接轧制板材的组织及性能

分别以海绵钛和电解钛为原材料熔炼TC4钛合金,将熔炼后的铸锭进行热轧,研究两种原材料熔炼的铸锭轧制为TC4轧板后的组织与性能。结果表明,海绵钛TC4热轧板材组织较电解钛晶粒粗大,组织不均匀,而电解钛TC4热轧板材组织为均匀细长、条状交错的α相,呈现出类似网篮组织结构。海绵钛TC4板材的抗拉强度和洛氏硬度明显高于电解钛TC4钛合金板材,而电解钛TC4板材的塑性更好。海绵钛TC4板材的断裂方式为准解理断裂与韧性断裂的复合断裂,而电解钛TC4板材的断裂方式为韧性断裂。     

TC4钛合金表面B-Al复合渗层的组织和性能

采用固体粉末包埋渗两步法,在TC4钛合金表面先1050 ℃渗硼 4~6 h再950~1050 ℃渗铝 4 h制备出B-Al复合耐磨渗层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、波谱仪(WDS)和能谱仪(EDS)、显微硬度仪和摩擦磨损试验机对复合渗层的物相组成、显微组织、微区成分、表面硬度和摩擦因数进行测试和分析。结果表明:B-Al复合渗层厚为37~115 μm,主要由TiB₂相和TiAl₃相组成,外层是弥散分布TiB₂的TiAl₃层,向内依次形成厚度较小的TiAl₂、TiAl及Ti₃Al等Ti-Al金属间化合物层。B-Al复合渗层表面硬度为1041.7~1429.4 HV0.1,约为TC4钛合金硬度的3.03~4.16倍;经1050 ℃×6 h渗B后1050 ℃×4 h渗Al,其摩擦因数约为0.3,较TC4钛合金基体下降约25%。     

原位热压反应制备高性能亚微米层状Ti_3C_2/(Cu-Al)金属陶瓷

以Ti_3AlC_2和Cu粉作为原料,在1150 ℃下原位热压反应制备了具有亚微米层状结构的Ti_3C_2/(Cu-Al)金属陶瓷材料.XRD、SEM和TEM分析表明,这种亚微米层状结构的形成,归因于Ti_3AlC_2与Cu的高温反应引发Ti_3AlC_2层状结构解离、Al原子溶脱,固溶入周围的Cu中形成Cu-Al固溶体,Al溶出后的Ti_3AlC_2中原始Ti_3C_2层规律性聚集、最终形成厚度为150 nm左右的Ti_3C_2层与Cu-Al层交替层叠结构.由于这两种结构之间的牢固结合以及Cu-Al相构成的空间网络结构,使得此金属陶瓷材料具有优异的力学性能和电学性能.其抗弯强度超过1200 MPa,并具有良好的断裂韧性和导电性.