热压反应自生钛基复合材料高温拉伸断裂分析

将纯钛粉和碳化硼粉按一定比例混合均匀后,通过反应热压方法原位合成制备了增强体TiB晶须和TiC颗粒钛基复合材料,增强体体积分数为5%.利用同样方法制备了纯钛材料.热挤压后,利用X射线衍射仪分析研究了反应自生增强体组成,通过透射电镜和扫描电镜,研究了钛基复合材料的微观组织变化规律及钛基复合材料在室温和高温下拉伸断口形貌特征.研究结果表明,纯钛和B4C在1 200℃发生化学反应,原位合成产生2种不同形状的增强体,即短纤维状TiB晶须和等轴状的TiC颗粒.原位增强体与钛基体具有良好的界面结合,没有明显的界面反应.室温拉伸2种材料均呈脆性断裂.高温拉伸时,纯钛拉伸断口韧窝比较大,尺寸较深.复合材料韧窝尺寸较小.     

TiB+TiC含量对锻态钛基复合材料微观组织及力学性能的影响

通过3次真空自耗电弧熔炼、自由锻+旋锻的方式制备了不同TiB+TiC含量的颗粒增强钛基复合材料,研究了TiB+TiC含量对锻态钛基复合材料组织与力学性能的影响。结果表明,添加的B4C在基体中完全反应,TiC为唯一碳化物,TiB为唯一硼化物。经锻造后,钛基复合材料横向组织由球状、片状α相和包围在四周的β相组成,短棒状和块状增强相离散分布,而纵向组织由沿着流变方向被拉长的α相和β相组成,增强相沿着流变方向排列分布。当TiB+TiC含量为5vol%时,钛基复合材料表现出优异的综合性能,抗拉强度达到1291 MPa,延伸率为8.5%,磨损体积较相同工艺制备的TC4钛合金减少25%。当TiB+TiC含量增加到10vol%时,粗大的TiB增强相和微孔缺陷数量大幅增加,钛基复合材料的塑性和耐磨性被削弱。     

不同(TiB+TiC)含量对颗粒增强钛基复合材料组织和性能的影响

利用海绵钛与B4C粉末之间的自蔓延高温合成反应,经普通熔铸工艺制备了TiB晶须和TiC粒子增强的钛基复合材料.研究了不同TiC、TiB含量对颗粒增强钛基复合材料组织和性能的影响.     

TiC含量对微波烧结TiC/TC4复合材料组织和性能的影响

通过微波烧结法制备TiC/TC4复合材料,研究不同质量分数增强相TiC(0%、5%、10%、15%)对钛基复合材料显微组织和性能的影响。结果表明:TiC/TC4复合材料只有TiC和基体α-Ti+β-Ti 3种物相组成。随着增强相TiC含量增加,TiC/TC4复合材料相对密度、显微硬度(HV)、室温抗压缩强度均提高,分别达到98.01%、6610 MPa、1789 MPa,其相对密度与有关文献中的真空烧结相比提高2%~6%,其抗压强度与熔铸法制备的铸态钛基复合材料相比提高5%~15%。随TiC含量增加,TiC/TC4复合材料耐磨性提高,摩擦系数在0.25~0.30之间,其室温磨损机制由磨粒磨损和粘着磨损转变为轻微的剥层磨损。     

放电等离子原位烧结制备TiC＋TiB／Ti复合材料

采用放电等离子烧结（SPS），通过Ti与B4C之间的原位反应合成TiC＋TiB／Ti复合材料。首先通过热力学计算判断可能发生的反应，利用x射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）对球磨混合粉以及烧结后材料的相组成和显微组织进行了研究，测定材料的相对密度和硬度，并探讨了Ti与B4C采用放电等离子烧结制备TiC＋TiB／Ti复合材料的致密化过程和反应机理。结果表明，采用SPS技术，在1150℃保温5min的条件下，Ti与B4C能同步完成反应、烧结、致密化，生成TiC＋TiB／Ti复合材料，并且原位生成的增强相分布均匀且细小。     

B4C颗粒增强铝基复合材料微观形貌和力学行为分析

通过中温热压法(热压温度在固液相线之间)制备出不同碳化硼含量的铝基复合材料,并轧制成板.经T6热处理后对B4C/Al复合材料进行微观形貌、力学性能分析.结果表明,碳化硼颗粒分布均匀,有较少的微气孔缺陷,随着碳化硼含量的增加,增强颗粒尺寸明显变小.B4C/Al复合材料的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率随着碳化硼含量的增加而减小,与6061铝合金相比降低幅度较大,硬度随着碳化硼含量的增加而提高,靠近颗粒处硬度显著提高.B4C/Al复合材料的断裂方式是脆性断裂.     

Ti6Al4V表面激光熔覆NiCrBSi+B4C涂层的组织结构

选用NiCrBSi及2％民C混粉在Ti6Al4V合金表面进行激光熔覆处理，使基体中的Ti和B4C发生化学反应原位生成TiC、TiB2硬质增强相，制备出TiC与TiB2等增强相增强钛基复合材料涂层。综合运用XRD、SEM、EPMA和TEM等分析手段研究了优化熔覆工艺条件下的NiCrBSi＋B4C激光熔覆层的组织结构与相组成，并对复合涂层进行了硬度测试，结果表明：NiCrBSi＋2％B4C熔覆层的微观组织是在γ—Ni和Ni3Ti＋Ni3B共晶的基体上均匀分布着TiB2、TiC、CrB等相的多元组织，激光熔覆层的硬度比Ti6Al4V基体硬度提高到3～4倍。     

激光原位合成TiB2-TiC颗粒增强铁基涂层

采用B4C,TiO2,石墨以及铁基粉末为激光熔覆材料,利用激光多道搭接熔覆技术在碳钢基体上制备TiB2-TiC颗粒增强铁基复合涂层．利用XRD,SEM对涂层的相结构和显微组织进行了研究．采用显微硬度计和滑动磨损试验机分别测试了涂层的硬度和耐磨性能．结果表明,激光熔覆过程B4C,TiO2和石墨反应生成了TiB2和TiC颗粒,并均匀分布在基体中．随着激光功率密度增加,涂层中TiC含量减少,甚至出现FeB脆性相．TiB2-TiC颗粒增强的涂层其硬度和耐磨性能优于基材45钢．     

Ce02添加剂在原位TiB2颗粒增强2014铝合金复合材料中的作用

将K2TiF6和KBF4混合盐与铝合金熔体通过放热反应法制备原位TiB2颗粒增强2014铝合金基复合材料.研究CeO2添加剂对原位TiB2/2014铝基复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明,在高温时添加CeO2与添加Ce的作用相同;当添加0.5％ CeO2时,TiB2颗粒在基体中的分散性大幅度提高,颗粒与基体的界面清晰,在复合材料制备过程中颗粒没有明显的沉降现象.解释了TiB2颗粒在2014铝合金基体中的分散机理.加入CeO2的复合材料,其铸态硬度、抗拉强度、屈服强度和伸长率有较大提高.     

CeO_2添加剂在原位TiB_2颗粒增强2014铝合金复合材料中的作用(英文)

将K2TiF6和KBF4混合盐与铝合金熔体通过放热反应法制备原位TiB2颗粒增强2014铝合金基复合材料。研究CeO2添加剂对原位TiB2/2014铝基复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,在高温时添加CeO2与添加Ce的作用相同;当添加0.5%CeO2时,TiB2颗粒在基体中的分散性大幅度提高,颗粒与基体的界面清晰,在复合材料制备过程中颗粒没有明显的沉降现象。解释了TiB2颗粒在2014铝合金基体中的分散机理。加入CeO2的复合材料,其铸态硬度、抗拉强度、屈服强度和伸长率有较大提高。     

相对厚度对TiB2颗粒增强45钢基表面复合材料组织和硬度的影响

介绍了采用SHS和V-EPC真空消失模铸造相结合制备二硼化钛颗粒增强钢基表面复合材料的组织和硬度特点,重点研究了相对厚度的影响。利用扫描电镜、电子探针和光学显微镜等观察和分析了复合层的显微组织,并测试了显微硬度。结果表明,随着相对厚度δ的增加,复合材料的组织致密性得到改善,宏观缺陷减少,在相对厚度δ=9时复合材料质量最佳。复合层的组织主要由硬质相TiB2、TiC和基体组成,细小弥散的TiB2和TiC颗粒交替地分布在基体上,组织中呈方形的TiB2颗粒在数量上远远多于呈多边形的TiC颗粒;复合层的硬度随着距合金层表面深度的增加而降低,硬度最大值为1 449 HV。     

放电等离子烧结-非晶晶化法合成Ti7oNb7.8Cu8.4Ni7.2Al6.6复合材料

采用机械合金化制备不含和含2%(体积分数)B4C的钛基非晶合金粉末,随后采用放电等离子烧结-非晶晶化法合成不含／含(TiB+TiC)的Ti7oNb7.8Cu8.4Ni7.2Al6.6超细晶／细晶钛基复合材料;运用X射线衍射分析(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)和万能材料试验机等对制备的钛基非晶粉末和超细晶／细晶钛基复合材料进行表征.结果表明高能球磨80h的钛基粉末中主要为非晶相,B4C颗粒的加入对钛基粉末的玻璃转变温度、晶化温度和晶化焓有显著的影响.另外,不含／含(TiB+TiC)的复合材料的显微硬度分别为5.47和5.33GPa;以50K/min升温到1223K并保温10min获得的Ti70Nb7.8Cu8.4Ni7.2Al6.6块体试样的断裂强度和断裂应变分别为2098MPa和11.5%.     

半固态热等静压Al/B4C复合材料液相流动行为与致密化机理

铝基碳化硼复合材料是一种重要的中子吸收材料。为了制备具有更高密度的铝基碳化硼材料,研究采用粉末冶金半固态热等静压方法制备了含量为30%碳化硼的铝基碳化硼材料,采用WANCE100型材料力学性能试验机和SIRION200型扫描电镜研究了复合材料的力学性能及显微形貌。结果表明：半固态热等静压工艺可制备获得接近理论密度的Al/B4C复合材料;虽然Al/B4C材料抗拉强度可提升至约300Mpa,但过高碳化硼含量也使得该材料脆性特征十分明显;研究同时采用间接的方法观察到了半固态工艺过程中生成的液相,该液相不仅可改善碳化硼颗粒与铝基体的结合性,在高温高压下液相的流动还起到填充复合材料内部空隙的作用。半固态热等静压工艺过程中产生的液相是复合材料密度和机械性能提升的主要原因。     

半固态热等静压Al/B_4C复合材料液相流动行为与致密化机理（英文）

为了制备具有高密度的铝基碳化硼材料,采用粉末冶金半固态热等静压方法制备了质量分数为30%碳化硼的铝基碳化硼复合材料,采用WANCE100型材料力学性能试验机和SIRION200型扫描电镜研究了复合材料的力学性能及显微形貌。结果表明:半固态热等静压工艺可制备接近理论密度的Al/B4C复合材料;虽然Al/B4C材料抗拉强度可提升至约300MPa,但过高碳化硼含量也使得该材料脆性特征十分明显;同时采用间接的方法观察到了半固态工艺过程中生成的液相,该液相不仅可改善碳化硼颗粒与铝基体的结合,在高温高压下液相的流动还起到填充复合材料内部空隙的作用。半固态热等静压工艺过程中产生的液相是复合材料密度和力学性能提升的主要原因。     

(GNPs+B)/TC4复合材料组织和硬度研究

采用放电等离子烧结技术(SPS),制备石墨烯纳米片(GNPs)、硼粉(B)增强TC4钛基复合材料(TiMCs)。利用扫描电镜、拉曼光谱对混合粉末以及烧结后材料的组织进行了研究。利用维氏硬度仪对复合材料进行硬度测试。结果表明:GNPs和B与基体原位反应生成TiC颗粒(TiCp)和TiB晶须(TiBw)构成的非连续网状结构能有效细化晶粒,使晶粒粒径从118.8μm减小到33.1μm。GNPs和B的加入可以显著提高材料的维氏硬度,GNPs/TC4和(GNPs+B)/TC4复合材料的维氏硬度分别为3.91和4.15 GPa,相比于TC4钛合金(3.37 GPa)分别提高了16%和23%。GNPs/TC4和(GNPs+B)/TC4复合材料硬度的提升可以归因于晶界处的硬质颗粒(TiBw和TiCp)的存在。     

共沉淀法原位合成无压烧结TiB2/B4C陶瓷复合材料

以TiCl4溶液和B4C粉末为主要原料,采用共沉淀、原位合成无压烧结技术制备了TiB2/B4C陶瓷复合材料.研究了原料配比、烧结温度对TiB2/B4C陶瓷复合材料的烧结性能、显微组织和力学性能的影响.通过X射线衍射、金相显微镜、扫描电镜等分析手段,分析了TiB2/B4C陶瓷复合材料的物相组成、显微组织和断裂特征.研究结果表明:当成分质量配比TiB2∶B4C为40∶60时,材料最大相对密度为98.5%T.D;在最佳成分配比下,随着烧结温度的升高,原位合成制备的TiB2/B4C陶瓷复合材料的密度、硬度、抗弯强度均为先升高后降低,材料的最佳烧结工艺为2050℃,1 h.在最佳烧结工艺下,TiB2/B4C陶瓷复合材料的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性达到最佳值分别为3.17 g/cm3,31.5GPa,381 MPa和5.1 MPa·m1/2.     

聚碳硅烷原位自生增强钛基复合材料的组织及性能研究

以低氧氢化脱氢钛粉和陶瓷先驱体聚合物聚碳硅烷(PCS)为原料,通过粉末冶金工艺原位自生制备高强高塑钛基复合材料,探究了PCS的引入对钛基复合材料的控氧效果、烧结致密化过程、基体显微组织和力学性能的影响规律。研究表明：采用湿混包覆工艺可以将PCS包覆于Ti粉表面,有效控制材料制备过程中的氧增,其中制备的Ti-1.0 wt.% PCS复合材料的氧含量为0.21~0.24 wt.%,显著低于未经处理的CP-Ti样品(0.36~0.41 wt.%)。在烧结过程中,PCS受热分解并与Ti基体原位反应生成TiC颗粒,弥散分布在基体中,而Si元素则固溶于Ti基体。PCS的引入对Ti基体的性能具有明显的改善作用,经1200 °C/2 h烧结制备的Ti-1.0 wt.% PCS复合材料致密度达到98.4%,洛氏硬度为47.3 HRC,屈服强度为544 MPa,抗拉强度为650 MPa,延伸率为14.5%,其综合性能指标显著优于CP-Ti样品。     

铸造Fe/TiCp复合材料的显微组织和力学性能

通过感应熔炼铸造法制备了一种Fe／TiCp复合材料，采用X-射线衍射、光镜和扫描电镜及能谱分析研究了其铸态和850℃退火态的显微组织和力学性能。结果表明：铸态复合材料的显微组织由珠光体基体和均匀分布的立方状TiC颗粒组成，TiC颗粒与基体界面洁净，抗拉强度817MPa，伸长率2．8％，硬度33．2HRC；经850℃退火后，基体转变为铁素体和珠光体，TiC颗粒形貌基本不变，强度和硬度较铸态有所降低，伸长率略有升高。     

共沉淀法原位合成无压烧结TiB2／B4C陶瓷复合材料

以TiCl4溶液和B4C粉末为主要原料，采用共沉淀、原位合成无压烧结技术制备了TiB2／B4C陶瓷复合材料。研究了原料配比、烧结温度对TiB2／B4C陶瓷复合材料的烧结性能、显微组织和力学性能的影响。通过X射线衍射、金相显微镜、扫描电镜等分析手段，分析了TiB2／B4C陶瓷复合材料的物相组成、显微组织和断裂特征。研究结果表明：当成分质量配比TiB2：B4C为40：60时，材料最大相对密度为98．5％T．D；在最佳成分配比下，随着烧结温度的升高，原位合成制备的TiB2／B4C陶瓷复合材料的密度、硬度、抗弯强度均为先升高后降低，材料的最佳烧结工艺为2050℃，1h。在最佳烧结工艺下，TiB2/B4C陶瓷复合材料的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性达到最佳值分别为3．17g／cm^3，31．5GPa，381MPa和5．1MPa．m^1/2.     

非连续TiB+TiC颗粒增强钛基复合材料的剧烈塑性变形行为

针对TiB+TiC陶瓷颗粒增强钛合金提出一种新的强塑性变形方法,即将等径弯曲通道变形应用到非连续增强钛基复合材料中。本文采用通道夹角Φ=120°成功地实现了(TiB+TiC)/Ti6Al4V钛基复合材料1~4道次B_c路径的ECAP变形,研究了剧烈塑性变形对微观组织演化和力学性能的影响。结果表明,剧烈塑性变形可以实现TiB纤维和TiC颗粒的细化,以及基体晶粒的细化;随着挤压次数的增加,基体中偏聚的TiB细长纤维和TiC大颗粒也随着挤压道次的增加也逐渐趋于均匀化,力学性能也得到了提高,抗拉强度能够提高至1205MPa,延伸率与挤压1道次相比也得到了明显提高。