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。     

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。     

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.     

TiB2对TiB2/Al复合材料组织与氢含量的影响

采用混合盐反应法（LSM法）制备TiB2质量分数分别为5%、10%、15%、20%的TiB2/Al复合材料,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和激光粒度仪等观察微观形貌及物相组成,分析TiB2质量分数对复合材料的组织的影响,同时利用氧氮氢分析仪检测TiB2质量分数对复合材料热处理前后氢离子含量的影响。结果表明,随TiB2质量分数的增加,复合材料中生成的TiB2颗粒尺寸不断增大,并且氢离子含量不断增多。TiB2质量分数为5%和10%的TiB2/Al复合材料中,生成的颗粒尺寸细小且均匀分布于基体中,而15%和20%的TiB2/Al复合材料生成的颗粒尺寸偏大。采用合适的热处理工艺可有效降低复合材料的氢离子含量,尤其对TiB2质量分数为5%和10%的TiB2/Al复合材料降低氢离子量的效果更为显著。     

Cu—Ti合金原位生成TiB2颗粒时的组织演变

通过原位生成反应,采用Cu-3．4％Ti和Cu-0．7％B中间合金,利用快速凝固技术制备纳米TiB,颗粒增强块体Cu—Ti合金,然后对合金在900℃进行热处理l～10h。高分辨透射电镜（HRTEM）观察表明,在铜熔体中,Ti和B通过原位反应生成初始纳米TiB2颗粒和TiB晶须,TiB晶须的生成会导致TiB2颗粒粗化。初始TiB2颗粒沿晶界分布,会阻碍晶粒在高温下的生长。在对合金进行热处理时,晶粒内的Ti和B原子通过扩散反应生成二次TiB2颗粒。对合金热处理前后的导电率和硬度进行测试。结果显示,生成的二次TiB2颗粒能够延缓合金在高温下硬度的下降,合金的电导率和硬度随着热处理时间的延长而增加,在处理8h时分别为33．5％IACS和HVl58。     

原位反应纳米TiB2/Cu复合材料的制备和微结构

利用原位反应技术 ,通过控制反应物B2 O3 和石墨的含量制备了原位生长纳米TiB2 增强Cu基复合材料。用XRD ,EDS ,TEM对TiB2 /Cu原位复合材料进行微结构分析 ,研究表明铜基体中弥散分布着 5 0nm的TiB2颗粒 ,并对Cu基体有良好的增强作用。     

TiB_2含量对弥散强化TiB_2/Cu复合材料抗电蚀性能的影响

用粉末冶金法制备了TiB2/Cu复合材料,研究了TiB2含量对TiB2/Cu复合材料硬度、导电性能及抗电蚀性能的影响。结果表明,在试验范围内,随TiB2含量的增加,硬度先升高后降低,电导率逐渐降低,燃弧能量逐渐降低,熔焊力先降低后升高。TiB2体积分数为5%时,电弧侵蚀面积最小,材料抗电蚀性最好。     

TiB2含量对微波烧结TiB2/Cu复合材料组织和磨损性能的影响

为考察TiB2含量对微波烧结TiB2/Cu复合材料组织和磨损性能的影响,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.测试了试样的密度和显微硬度,分析了试样的组织.应用摩擦磨损试验机测试了试样在不同载荷下的磨损性能,并应用扫描电镜(配能谱仪)观察和分析了试样磨损面形貌和成分.结果表明:随TiB2含量增加,试样中孪晶数量减少;晶粒反而随TiB2含量增加而增大,其长大方式是晶界绕过团聚颗粒后进行合并而长大;试样的耐磨性能随TiB2含量增加而显著提高,其主要的磨损机制也由粘着磨损逐渐向磨粒磨损转变.     

原位合成TiB2/ZL109复合材料的力学性能

通过原位合成法成功制备了亚微米级TiB2颗粒增强ZL109复合材料，测量了不同颗粒含量复合材料的弹性模量和25～400℃的抗拉强度（UTS）。结果表明，复合材料的弹性模量随颗粒含量提高而提高，颗粒含量15％（质量分数，下同）时，复合材料的弹性模量比基体合金提高了32％；抗拉强度也明显高于基体合金，10％TiB2／ZL109复合材料在260℃时的强度比基体合金提高了105MPa。     

烧结方式对TiB2/Cu复合材料组织和性能的影响

采用微波烧结和真空烧结制备了Cu及不同TiB2含量的TiB2/Cu复合材料。测试了试样的密度、硬度、电导率,并对不同烧结法方式制备的Cu及TiB2/Cu复合材料的组织和性能进行了分析。结果表明,微波烧结技术可以在较短的时间和较低的能耗下完成烧结,且烧结体的性能要明显优于真空烧结的。但微波烧结试样的组织比较粗大,有孪晶存在,并且孪晶数量随TiB2含量的增加而减少。     

TiBw与TiCp原位增强钛复合材料的高温蠕变特性

分别对增强相体积分数为15%的TiBw/Ti和（TiBw TiCp）/Ti复合材料及相应的基体在798-848K范围内进行了蠕变行为研究，结果表明，两种复合材料的应力因子分别为4.6-4.7和4.3-4.5，激活能为294和343kJ/mol，比纯钛的昌格扩散激活能高，两种复合材料的抗蠕变能力均比基体好，而（TiBw TiCp)/Ti的抗蠕变性能比TiBw/Ti还要好，此外，实验表明在三种材料中都没有门槛应力存在，两种复合材料的蠕变机制均为位错攀移机制。     

机械合金化结合热压烧结制备(TiC+TiB2)/Cu复合材料

通过对体系进行机械合金化,随后将其与Cu粉进行混合和热压烧结制备了(TiC+TiB_2)/Cu复合材料。研究表明,机械合金化促使B_4C粉末分解并向Ti粉末中的固溶形成Ti-C-B的三元混合体系,有效降低了体系的反应温度,并在随后的热压烧结中生成(TiC+TiB_2),其原因是在Ti-C-B体系中生成TiB_2相比TiB具有更低的吉布斯自由能变。当增强相含量较低时,强化相颗粒细小弥散地分布在铜基体中,且与基体界面结合良好,可显著提高复合材料的硬度;但随着含量的增加,强化相的团聚现象加剧,与基体的界面结合方式也转变为简单的机械包裹,其强化效应并不能得以体现。此外,由于机械合金化提高了体系反应的活性,有效地避免了Ti向铜基体中的固溶,当增强相的设计含量为15vol%时所制备的(TiC+TiB_2)/Cu复合材料与直接混合Cu-Ti-B_4C粉末制备的复合材料相比导电率大幅提升。     

轧制变形对网状结构TiB_w/Ti复合材料组织与力学性能的影响(英文)

通过反应热压技术成功制备出网状结构TiB晶须增强纯钛(TiBw/Ti)复合材料。原位合成的TiB晶须分布在大尺寸Ti基体颗粒周围形成网状结构。这种新型的网状结构TiBw/Ti复合材料表现出优异的综合力学性能。为了进一步改善力学性能及指导后续塑形变形加工,研究这种新型复合材料的轧制变形行为。结果表明:由于基体的形变强化,这种新型TiBw/Ti复合材料的强度可以通过轧制变形得到有效的提高,并且强度水平随着变形量的增加而增加。其中,通过轧制变形,可以使8.5%TiBw/Ti复合材料的强度从842MPa提高到 1030 MPa。需要指出的是,随着变形量的增加,TiB晶须的断裂程度也增加,这一点对复合材料的力学性能是不利的。     

电铸制备TiB_2/Cu复合材料的性能

使用粒度约为3μm的导电陶瓷TiB_2颗粒作为铜基复合材料的增强相,在酸性硫酸铜溶液中用电铸方法制备TiB_2/Cu电火花加工用工具电极。用扫描电镜和金相显微镜观察其组织结构,用维氏硬度计测量硬度,用中性盐雾试验测量其耐腐蚀性,用电火花加工脆硬材料衡量其抗电蚀性。结果表明:电铸Cu与TiB_2/Cu晶粒平均直径分别为30,10μm,硬度分别为984,1235 MPa,腐蚀失重分别为47.8,40.3 mg;TiB_2颗粒的加入可显著细化晶粒,提高硬度、耐腐蚀性和抗电蚀性。     

Cu-Ti-B-Diamond体系自蔓延高温烧结研究

采用Ti/Cu/B/Diamond粉体为原料,通过自蔓延高温反应技术,制备了Cu-TiB2结合剂金刚石复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)结合能谱仪(EDS)等技术表征和分析试样。研究结果表明:原料经自蔓延高温烧结后,产物主相为Cu、TiB2和金刚石。当TiB2(20%)质量分数较低时,反应后在金刚石表面形成极少量的颗粒附着物;TiB2质量分数较高时(30%~60%),在金刚石表面会形成富Cu-B相与B4C相,这些相在金刚石表面呈现出独特的凹凸不平的圆球状镀覆状态。     

液-液原位反应合成TiB2/CuCrZr复合材料的研究

利用液-液原位反应法地制备了TiB2/CuCrZr复合材料,并且研究了TiB2含量对复合材料硬度和电导率的影响。结果表明,TiB2颗粒分布不均匀,呈现团粒状和细长棒状两种形态,在铸态下,复合材料的硬度比常规的铸态CuCrZr合金有较大的提高,复合材料的硬度随着TiB2含量的增加呈先增后减的趋势,TiB2含量为3%时的硬度最佳(HV为206);电导率随TiB2含量的增加有所下降。     

高强塑性TiB2P/Al复合材料的制备与力学性能

采用TiB2颗粒与铝粉混配的方法,获得利于成形的预制体,采用压力浸渗法制备体积分数为20%的TiB2P/6061Al复合材料,并采用10:1的挤压比对复合材料进行热挤压。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和万能电子拉伸机对热挤压前后复合材料的微观组织及力学性能进行研究,发现经过该种方法制备的复合材料经热挤压后具有良好的室温拉伸力学性能,抗拉强度为447.5MPa,弹性模量为121.8GPa,延伸率可达7.95%,显示出良好的强塑性配合,分析其强塑性来源于增强体与基体之间的良好界面结合、晶粒细化强化和沉淀强化。