原位(TiB2-TiB)/Cu复合材料组织与性能研究

采用机械合金化和热压烧结相结合的方法制备出原位TiB_2颗粒和TiB晶须混杂增强的铜基复合材料,利用XRD、OM、SEM、TEM研究了复合材料的微观组织,分析了热压烧结过程中的原位反应机理及微观组织对复合材料硬度、导电率及致密度的影响规律。结果表明:原位反应过程为Cu和Ti原始粉末在800℃开始反应生成Cu3Ti中间相,在850℃时达到Cu3Ti中间相的熔点并在基体中形成液相微区,然后B原子扩散至该液相微区,在继续加热过程中原位析出硼化钛增强相。TiB晶须含量相对较多的复合材料具有较高的硬度,Ti B2颗粒含量相对较多的复合材料具有较高的导电率,TiB晶须和TiB_2颗粒混杂增强的铜基复合材料则同时兼备了以上2种复合材料的性能优势,其综合性能得到优化。所得烧结态3%(TiB_2-TiB)/Cu混杂增强复合材料的硬度和导电率分别达到86.6 HB和70.4%IACS。     

双熔体混合-快速凝固原位生成TiB2/Cu复合材料的研究

利用双熔体混合-快速凝固的原位反应技术制备了Cu-纳米TiB2复合材料。用XRD、TEM等手段对TiB2/Cu复合材料进行结构分析。研究表明,铜基体中分布着尺寸约40 nm的TiB2颗粒,对Cu基体有良好的增强作用,同时对双熔体混合反应生成TiB2的热力学进行了讨论。     

原位增强相(TiB2+Al3Ti)形成的热力学分析

采用混合盐法制备了(TiB2 Al3Ti)/Al-4.5Cu原位复合材料,对增强相的形成热力学进行了分析,并采用差热分析法(DTA)对混合盐反应体系的热量变化进行分析.结果表明,Al-Ti-B三元体系中,TiB2的形成能力最强.但因[Ti]实际相对过剩,与Al结合形成Al3Ti,最终制得的复合材料中增强相为TiB2和Al3Ti;差热分析表明了混合盐体系加入到Al-4.5Cu熔体中,可以发生原位反应,形成增强相.原位反应的开始温度为900 ℃,结束温度为1 032 ℃.     

混杂增强(CNTs+TiB2)/Cu复合材料制备与性能

本文以碳纳米管（CNTs）和TiB2颗粒作为增强相,首先利用球磨、表面吸附和热压烧结相结合技术制备具有层叠结构的CNTs/Cu复合材料,改善了CNTs在铜基复合材料中易团聚问题。CNTs/Cu复合材料的致密度和导电率随CNTs含量增加而降低,抗拉强度和伸长率随CNTs含量增加先升高后降低,当含量为0.1 wt.%时综合性能最优,致密度、导电率和抗拉强度分别为97.57%、91.2 %IACS和252 MPa。而球磨后热压烧结的1 wt.% TiB2/Cu复合材料致密度、导电率和抗拉强度分别为97.61%、58.3 %IACS和436 MPa。在此基础上,将TiB2颗粒原位引入到具有层叠结构的CNTs/Cu复合材料,制备获得混杂增强(CNTs+TiB2)/Cu复合材料。相比单一CNTs（或TiB2）增强铜基复合材料,(CNTs+TiB2)/Cu复合材料的强度提升显著。其中,(0.1 wt.% CNTs+1 wt.% TiB2)/Cu复合材料的导电率和抗拉强度分别为56.4 %IACS和531 MPa,相比1 wt.% TiB2/Cu,其导电率仅降低3.3%,而抗拉强度则升高21.8%。这主要归因于片层间CNTs可起承担和传递载荷作用,同时片层间弥散分布的TiB2颗粒可以钉扎位错,两种强化机制共同作用使(CNTs+TiB2)/Cu复合材料的抗拉强度显著提升。     

TiB2在原位反应制备铜基复合材料中的应用现状

系统地介绍了目前TiB2的合成体系及相应的TiB2/Cu复合材料制备方法.同时,简要总结了颗粒强化铜基复合材料的强化机理和导电模型,以及近些年来部分原位形成TiB2/Cu复合材料的性能研究状况.     

原位增强铸造Al-4.5Cu合金人工海水腐蚀行为的研究

研究用混合盐法制备的(TiB2 Al3Ti)/Al-4.5Cu原位复合材料在人工海水中的腐蚀行为,并与基体合金进行对比。结果表明,(TiB2 Al3Ti)/Al-4.5Cu原位复合材料在人工海水中比基体合金有较大的腐蚀敏感性;其腐蚀机制以点蚀为主,增强相颗粒在晶界的偏聚使其也出现晶间腐蚀;该原位复合材料在pH为7.0的人工海水中耐蚀性,比在pH为8.2的人工海水中好。     

TiB2含量对TiB2/Cu复合材料性能的影响

研究了TiB2含量对原位生成TiB2／Cu复合材料性能的影响。结果表明：TiB2／Cu复合材料的硬度、强度随TiB2含量的增加有所提高，但强度在TiB2的含量超过2．0％后有所下降，导电率随TiB2含量的增加有所下降，软化温度基本保持在900℃左右。     

原位TiB2/Al-5Cu复合材料的固溶时效行为

采用KBF4和K2TiF6混合盐反应工艺制备了原位TiB2颗粒增强Al-5Cu复合材料。运用XRD,扫描电镜和维氏硬度测量仪等材料分析手段研究了复合材料的微观组织和固溶时效行为。研究结果表明,原位内生TiB2颗粒不仅显著细化了复合材料的凝固组织,而且使材料的硬度明显提高。TiB2颗粒的引入加速了复合材料的时效进程,这是由于TiB2颗粒与基体合金的热膨胀系数差别较大,固溶淬火时由热错配产生的空位和高密度位错促进了过渡相的形核和长大。     

(TiB2+Al3Ti)/Al-4.5Cu原位复合材料的相结构与力学性能

采用混合盐反应法制备(TiB2 Al3Ti)/Al-4.5Cu原位复合材料,测试其室温力学性能,并通过OPM、TEM等观察其微观组织.结果表明:增强相TiB2和Al3Ti弥散分布在α-Al中,颗粒的平均尺寸约100～300nm TiB2呈小圆片状,α-Al的(200)晶面与TiB2的(101)晶面存在局部共格关系,并有[011]Al∥[010]TiB2;Al3Ti呈棒状,几乎与α-Al完全共格,并有[121]Al∥[010]Al3Ti.(TiB2 Al3Ti)/Al-4.5Cu原位复合材料强韧化的主要机制为细晶强化和弥散强化.     

(TiB2+Al3Ti)/Al-4.5Cu原位复合材料的高温耐磨性能

本文采用混合盐法制备了(TiB2 Al3Ti)/Al4.5Cu原位复合材料,研究了该复合材料在150℃下的干摩擦滑动磨损行为,并与基体合金进行对比.结果表明,载荷在10～20 N之间时,(TiB2 Al3Ti)/Al-4.5Cu原位复合材料的磨损量低于基体合金,但并不明显;随载荷的增加(特别是当载荷超过30 N之后),复合材料的磨损量仍低于基体合金,且复合材料的磨损量增大的速度小于基体合金磨损量的增长速度.(TiB3 Al3Ti)/Al-4.5 Cu原位复合材料同45钢对磨时的主要磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损.随着原位反应体系中混合盐含量的增加,复合材料的耐磨性能提高,并逐渐由粘着磨损向磨粒磨损过渡.     

微波烧结镀铜TiB_2增强铜基复合材料的膨胀性能

应用化学镀铜方法对TiB2颗粒进行表面镀铜,采用微波烧结技术制备了含TiB2体积分数不同的TiB2/Cu复合材料,测试了试样在50~300℃区间的膨胀系数,探讨了TiB2含量及其表面改性对TiB2/Cu复合材料热膨胀系数的影响。结果表明:随着TiB2含量的增加,复合材料的膨胀系数降低;TiB2颗粒表面镀铜后,在TiB2相同含量条件下,TiB2/Cu复合材料的膨胀系数进一步降低;理论模型计算结果表明,TiB2未镀铜的TiB2/Cu复合材料的膨胀系数与ROM模型计算值相符合,而TiB2镀铜的TiB2/Cu复合材料的膨胀系数与Kerner模型计算值相符合,反映了TiB2颗粒镀铜后能很好地改善颗粒与基体的结合。     

Microstructure and properties of in situ A356/TiB2 composite

In situ A356/TiB2 composites were successfully fabricated via in-melt reaction among aluminium alloy, K2TiF6 and KBF4 compounds. The composite was examined by using XRD, SEM and EDX techniques. The experimental results reveal that TiB2 are dispersed homogeneously into the aluminium alloy matrix. The mechanical properties of the composites increase significantly with the addition of reinforcement, and the tensile fractography of the composite exhibits to be ductile though the elongation of the composites decreases compared with the unreinforced matrix alloy.     

热压烧结反应生成TiB／Ti-4．0Fe-7．3Mo复合材料的组织与性能

采用机械合金化(MA)的方法将B和FeMo粉末与金属Ti的粉末混合均匀，球磨10h后，真空热压烧结制备原位生成TiB增强Ti-4．0Fe-7．3Mo复合材料。在金相显微镜(OM)下观察，复合材料由TiB增强区与不含TiB的基体所组成。TEM研究表明：增强区足由反应生成的TiB增强的α和β-Ti2相共同组成，在α和β-Ti相交界处分布的TiB不仅尺寸较人，而且数量也较两相内部的TiB多。在α钛中观察到少量的平行于α相板条的特殊TiB的存在。反应生成的TiB呈截面为六边形的针状，与基体的界面清洁、平直匹配良好。复合材料的三点弯曲强度和杨氏模量均随反应生成TiB体积含量的增加而降低。     

放电等离子烧结TiB/Ti-1.5Fe-2.25Mo复合材料的微观组织与力学性能

采用放电等离子烧结技术原位合成了TiB增强Ti?1.5Fe?2.25Mo复合材料,研究了烧结温度对复合材料微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,随着烧结温度的升高,钛合金中 TiB 晶须的长细比迅速减小;然而,复合材料的相对密度及TiB的体积含量随着烧结温度的升高而不断增大。由于TiB晶须长细比的减小会导致复合材料强度的降低,而复合材料的相对密度及TiB体积含量的增大又会带来复合材料强度的增加,因此,在这两种因素的共同作用下,最终导致 TiB/Ti?1.5Fe?2.25Mo复合材料的弯曲强度随着烧结温度的升高而缓慢增大。在烧结温度为1150°C 时,TiB/Ti?1.5Fe?2.25Mo复合材料具有最大的弯曲强度1596 MPa。     

原位合成(TiB+Al2O3)/Ti复合材料

应用热力学 ,分析了Ti与B2 O3 、Al之间的化学反应原位合成TiB和Al2 O3 增强的钛基复合材料的合成机理。设计了普通的非自耗电弧熔炼工艺制备该钛基复合材料。借助X射线衍射仪 (XRD)和扫描电镜 (SEM )分析了原位合成复合材料的物相和增强体的形态。结果表明 :原位合成的增强体确实为TiB和Al2 O3 。增强体在基体合金上分布较为均匀 ,增强体形状为短纤维状。原位合成增强体的加入显著提高了钛基复合材料的洛氏硬度。     

原位合成TiC和TiB增强钛基复合材料的微观结构与力学性能

利用钛与Ｂ４Ｃ之间的自蔓延高温合成反应经普通的熔钐工艺原位合成制备了ＴｉＣ、ＴｉＢ增强的钛基复合材料。光学金相、ＥＰＭＡ、ＴＥＭ和Ｘ射线衍射的研究结果表明：存在匠两种不同形状的增强体,即短纤维状ＴｉＢ晶须和等轴、近似等轴状ＴｉＣ粒子。ＴｉＢ、Ｔｉ基体界面洁净,没有明显的界面反应,而ＴｉＣ、Ｔｉ基体界面有非化学配比的ＴｉＣ过度层存在。由于增强体承受载荷,基体合金晶粒细化以及高密度位错的存在,制备钛基     

In situ technique for synthesizing multiple ceramic particulates reinforced titanium matrix composites (TiB + TiC + Y2O3)/Ti

In situ synthesized titanium matrix composites reinforced with multiple ceramic particulates including TiB, TiC and Y₂O₃ were fabricated by non-consumable arc-melting technique utilizing the chemical reaction among Ti, B₂O₃, B₄C and Y. The thermodynamic feasibility of the in situ reactions has been considered. X-ray diffraction (XRD) was used to identify the phases in the composites. Microstructures of the composites were observed by means of optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM) and electron probe. It is concluded that multiple reinforcements are synthesized and they show different shapes: TiB grows in needle shape; TiC grows in near-equiaxed and rod-like shapes; Y₂O₃ grows in near-equiaxed shapes when the content of Y is 0.6 wt.% and grows in dendritic shapes when the content of Y increases to 1.8 wt.%. Reinforcements TiB, TiC and Y₂O₃ are distributed uniformly in the titanium matrix.     

TiB2对铜-石墨基复合材料性能的影响

TiB2与铜-石墨基复合材料的界面结合及TiB2在基体中的分布是影响复合材料性能的重要因素。为提高材料的强度和电导率,用镀铜TiB2制备复合材料。通过金相显微镜和扫描电镜观察材料的显微组织,并测试其电导率。结果表明,在粒度细小的镀铜TiB2表面均匀包覆金属铜,在压制压力和烧结温度合适的条件下,复合材料的组织均匀,致密性好,TiB2在铜-石墨基体中弥散分布,铜基体形成连续三维网络结构,这种组织形态使复合材料的电导率和强度明显提高。     

Selective Laser Melting of In Situ TiB/Ti6Al4V Composites: Formability,Microstructure Evolution and Mechanical Performance

In the present study, a series of in situ TiB/Ti6Al4V composites were fabricated using selective laser melting. The formability, microstructure evolution and mechanical properties of the as-built samples added with different contents of TiB_2 were studied. It is found that the densification level is related to both the content of TiB_2 and laser energy density. The added TiB_2 reinforcement particle can spontaneously react with titanium and then form the TiB phase. The needle-like TiB phase tends to transform into dot-like particles with the decrease in energy density. Additionally, with the increase in TiB_2 content, the TiB phase is coarsened due to the increased nucleation rate and more reactions. The grain morphology is found to largely depend on the translational speed of solid–fluid interface determined by the temperature gradient and cooling rate. Also, the microhardness of the as-built TiB/Ti6Al4V composites is obviously improved. More interestingly, as the energy density increases, the microhardness of the as-built TiB/Ti6Al4V composites firstly increases and then decreases due to the synergy of grain size and different morphologies and distribution of TiB phases. The wear resistance of TiB/Ti6Al4V composites is far superior to that of Ti6Al4V alloy owing to the increased microhardness resulted from the uniform distribution of the hard TiB phase in the matrix.