熔体内原位制备Al3Ti增强铝基复合材料的研究

5Al-Ti体系粉末压坯在铝液中原位反应,经搅拌浇注后制备出Al3Ti颗粒增强的铝基复合材料.分析了5Al-Ti体系粉末的反应过程及热力学,探讨了工艺参数对复合材料微观组织形态的影响及形成机理.研究发现,5Al-Ti体系粉末在850℃预热时,发生剧烈的热爆反应生成Al3Ti;压坯在铝液中预热经搅拌浇注后Al3Ti颗粒在铝基体上呈细小块状和短棒状分布,复合材料硬度随着Al3Ti颗粒含量的增多而提高;合适的搅拌工艺有助于Al3Ti颗粒在铝基体上的均匀分布.     

Mg对Al—Ti体系反应及产物形貌的影响

研究了Mg对Al-Ti体系反应、产物形貌和相对致密度的影响,并制备出Mg基复合材料.结果表明,Al-Ti体系的反应合成产物主要是Al3Ti.Mg的作用是降低了Al-Ti体系反应合成的起始温度,延迟了Al-Ti体系反应合成的起始时间;随着Mg含量的增加,Al-Ti体系产物的相对致密度不断提高,Mg的含量为75%时反应产物的相对致密度达到97.0%.Mg的存在使生成的Al3Ti颗粒细化,且颗粒圆整,分布均匀,采用Al-Ti体系原位反应生成的颗粒状Al3Ti增强Mg基复合材料,其颗粒尺寸为1～3 μm,相对均匀分布在Mg基体上.     

Al2O3/TiAl复合材料的原位合成及反应机制的研究

利用Al-Ti-TiO2体系的放热反应,原位合成了Al2O3/TiAl复合材料.借助示差热分析法探讨了体系的反应机制,采用XRD、SEM和OM分析了复合材料的相组成及显微组织.结果表明,原位合成Al2O3/TiAl复合材料由TiAl、Ti3Al和Al2O3相组成,Al2O3颗粒分布于TiAl和Ti3Al双相交界处,并存在一定团聚.随其含量增加,团聚程度加剧,晶粒尺寸减小.Ti和Al反应生成TiAl3放出的热量使部分TiAl3相处于液相状态,熔融的体积分数约为87.87%,液相的存在提高了颗粒间的润湿性,同时放出的热量是引发后续反应的原因之一.TiAl3与Al-TiO2的还原反应生成的活性Ti原子结合最终生成了TiAl和Ti3Al相.     

原位生成TiAl_3/7075铝基复合材料的热力学及动力学分析

以钛粉(Ti)和冰晶石(Na3AlF6)的混合物为加入物,成功制备了原位生成TiAl3/7075铝复合材料。借助光学显微镜、X射线衍射分析及能谱仪观察分析了该复合材料的微观组织和相组成,并从热力学及动力学两个方面分析了该复合材料的形成机理。结果表明,复合材料组织由α-Al、T-Mg32(Al,Zn)49相以及增强相TiAl3组成;Ti与Al熔体可以自发生成TiAl3增强相;影响反应动力学的主要因素为体系的温度、Ti颗粒的起始大小及外扩散层的厚度。     

Al-Ti-TiO2-Nb2O5系的热扩散法合成及热力学计算

对Al-Ti-TiO2-Nb2O5系用热扩散反应法合成了钛铝基复合材料，利用差热分析（DTA）与热力学计算表征了体系的反应过程。结果表明，铝熔化后在721℃发生了Al-Ti及Al-TiO2间的反应，后者反应速度快。在721-810℃之间发生了Al-Nb2O5间的复杂分步反应。在810℃发生了由固相原子扩散控制的TiAl3→TiAl→Ti3Al的渐进反应过程。基于体系的放热反应，大量热能促进了整个系统的反应进程。热力学计算验证了TiAl3作为初生相先于TiAl和Ti3Al相生成。Nb2O5与Al的反应以生成NbAl3相。获得了γ＋α2双相片层组织，处于稳定状态的增强相Al2O3分布于基体界面。     

Mg-Al-TiO2体系反应烧结新型镁基复合材料

采用Mg-Al-TiO2体系,通过反应烧结制备了原位生成的Al3Ti、MgO和Al2O3颗粒混合增强的新型镁基复合材料。研究了不同的烧结工艺对复合材料物相和组织的影响。结果表明:采用Mg,Al和TiO2混合粉末反应烧结可以获得致密的Al3Ti、MgO和Al2O3颗粒混合增强的复合材料。Al3Ti、MgO和Al2O3颗粒均原位生成,Al3Ti颗粒粒度约为5μm,均匀分布在基体中;MgO和Al2O3颗粒粒度为纳米级,但是团聚分布。最佳的工艺为反应温度850℃,保温45min;若温度偏低,反应不完全,温度偏高,大量偏析和团聚出现。     

XD合成Al2O3,TiB2／Al复合材料的热力学分析

从热力学的角度讨论了原位反应生成Al2O3和TiB2陶瓷粒子增强铝基复合材料的合成机理。结果表明,在Al-TiO2-B体系中,以一定的加热速率加热至1073K左右时,Al与TiO2之间首先发生铝热反应,反应产生出活性钛原子并形成Al-Ti-B反应;AlB2和Al3Ti均系反应中间产物,Alb2在1200K左右时分解为Al和B2Al3Ti被B还原,当B的加入量（摩尔）是TiO2的两部左右时,Al3Ti基本消失,最终生成Al2O3和TiB2陶瓷颗粒增强的铝基复合材料。     

XD合成Al_2O_3,TiB_2/Al复合材料的热力学分析

从热力学的角度讨论了原位反应生成Al2 O3 和TiB2 陶瓷粒子增强铝基复合材料的合成机理。结果表明 ,在Al TiO2 B体系中 ,以一定的加热速率加热至 10 73K左右时 ,Al与TiO2 之间首先发生铝热反应 ,反应产生出活性钛原子并形成Al Ti B反应系 ;AlB2 和Al3 Ti均系反应中间产物 ,AlB2 在 12 0 0K左右时分解为Al和B ,Al3 Ti被B还原 ,当B的加入量 (摩尔 )是TiO2 的两倍左右时 ,Al3 Ti基本消失 ,最终生成Al2 O3 和TiB2 陶瓷颗粒增强的铝基复合材料。     

多种氧化物原位反应制备的Al2O3/Al复合材料

提出了多种氧化物与Al原位反应制备陶瓷颗粒增强铝基复合材料的新方法，并通过3种反应体系CuO／Al，(CuO SiO2)／Al，(CuO SiO2 TiO2)／Al制备了3种铝基复合材料。对原位反应过程进行了热力学分析。对复合材料的显微组织、硬度和力学性能进行了分析和研究。结果表明，多种氧化物与Al的原位反应能发生并自动进行下去，其反应状况良好。(CuO SiO2)／Al，(CuO SiO2 TiO2)／Al原位反应所获得的增强相颗粒分别是Al2O3和Al2O3 Al3Ti，增强相颗粒在复合材料中均匀分布，并且其所制得的复合材料的硬度与力学性能明显好于单一氧化物CuO所制得的复合材料。     

Ti-Al-CuO体系热压反应合成TiAl基复合材料

以Ti粉和Al粉为原料,并添加不同含量CuO粉体进行掺杂,经真空热压烧结制得了TiAl基复合材料。结合热分析,X射线衍射分析及扫描电镜分析对该体系的反应合成过程及CuO添加量对产物微结构的影响进行研究。结果表明:Al熔化后分别对Ti、CuO颗粒润湿并发生反应,热压反应温度在800℃时,生成了Al3Ti中间产物。热压烧结温度达到1000℃时,合成了由TiAl,Al2O3,Al6.1Cu1.2Ti2.7三种物相组成的复合材料。其基体主要由TiAl和Al6.1Cu1.2Ti2.7两相组成,增强相Al2O3为Al-CuO置换反应生成,且其颗粒细小,主要分布在基体相周围。Al6.1Cu1.2Ti2.7、Al2O3相含量随原料中CuO添加量不同而呈规律性变化。     

Er掺杂强韧化Al_2O_3/TiAl复合材料

以Ti、Al、TiO2为起始原料,以Er2O3为掺杂剂,原位热压合成了Er掺杂Al2O3/TiAl复合材料。通过XRD、SEM分析及力学性能测试,研究了不同Er2O3引入量对合成Al2O3/TiAl复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明:复合材料主要由TiAl、Ti3 Al、Al2 O3相和少量Al10 Er6 O24相组成,含Er相主要分布在基体相晶界处;掺杂0.01 mol Er2 O3制得的复合材料,经1250℃保温2 h真空热压烧结后表观断裂韧性达到最大值(10.41 MPa.m1/2),经1300℃保温2 h真空热压烧结后弯曲强度达到最大值(456.06 MPa);当Er2O3掺杂量增加到0.02 mol时,复合材料的弯曲强度和表观断裂韧性均呈减小趋势。微观结构分析表明,掺杂0.01 mol Er2O3的复合材料断口毛糙,颗粒尺寸变小,增强相分布较均匀,表明适量的Er2O3掺杂可细化复合材料晶粒尺寸,提高增强颗粒分布均匀度,起到增强增韧的效果。     

Nb-Cr掺杂原位合成Al2O3/TiAl复合材料的组织与性能

采用原位热压工艺,在Ti-Al-TiO2-Nb2O5体系中加入Cr2O3原位合成Al2O3/TiAl复合材料.借助X射线衍射分析、SEM分析及力学性能分析,研究了Nb-Cr掺杂复合强化Al2O3/TiAl复合材料的反应过程、微观结构及力学性能.结果表明Nb-Cr掺杂原位合成Al2O3/TiAl复合材料能够细化晶粒并通过微合金化增强增韧TiAl复合材料.     

MICROSTRUCTURES AND MECHANICAL PROPERTIES OF IN-SITU Al2O3/TiAl COMPOSITES BY EXOTHERMIC DISPERSION METHOD

In-situ Al2O3/TiAl composites were fabricated by pressure-assisted exothermic disper-sion (PAXD) method from elemental powder mixtures of Ti, Al, TiO2, and Nb2O5.The microstructures and mechanical properties of the as-sintered composites are in-vestigated. The results show that the as-sintered products consist of γ-TiAl, α2-Ti3Al,Al2O3, and NbAl3 phases. Microstrueture analysis indicates that Al2O3 particles tend to disperse on the grain boundaries. Application of a moderate pressure of 35 Mpa at 1200℃ yields Ab2O3/TiAl composites with fine Al2O3 reinforcement and a dis-continuous network linking by Al2O3 particles. The aluminide component has a fine submicron γ+α2 larnellar rnicrostructure. With increasing Nb2O5 content, A1203 par-ticles are dispersed uniformly in the matrix. The hardness of the composites increases gradually, and the bending strength and fracture toughness of the composites reach to the maximum value, respectively.     

Reaction procedure of a graphite fiber reinforced Ti-Al composite produced by squeeze casting-in situ reaction

The in situ reaction procedure and microstructure evolution of a graphite fiber reinforced Ti-Al composite (Grf/Ti-Al) was investigated, and the stability of TiAl3 at high temperature was discussed. As-cast material was prepared by pressing molten pure aluminum into a preform, which was composed of titanium particles and graphite fibers. The in situ reaction procedure of the as-cast material was investigated by differential scanning calorimetry (DSC), and phases in the products were detected by X-ray diffraction (XRD). Experimental results showed that TiAl3 was formed first. With an increase in temperature, TiC and Al4C3 were observed, but TiAl3 decreased. In the final product, Al2O3 and TiO2 were observed. It was considered that the previous forming TiAl3 decomposed, then TiC precipitated, and subsequently, oxidation resulted in the formation of Al2O3 and TiO2.     

原位自生TiAl3增强Al基复合材料的组织结构及形成机理研究

采用冷喷涂技术沉积Ti-80Al（wt.%）复合涂层,通过热处理获得了原位自生TiAl3金属间化合物颗粒增强Al基复合材料涂层。采用SEM、EDS和XRD等分析了冷喷涂Ti/Al复合涂层在不同热处理温度下的组织结构演变规律及Ti、Al粒子间原位扩散反应过程,并对TiAl3金属间化合物的形成机理进行了探讨。结果表明,冷喷涂Ti/Al复合涂层组织致密,其相结构与喷涂粉末完全相同,450℃热处理后涂层局部区域发生Ti、Al间的固态扩散反应,并在Ti、Al粒子界面原位形成TiAl3金属间化合物,随着热处理温度升高,TiAl3金属间化合物的含量显著增加,600℃热处理后,Ti/Al复合涂层中的Ti粒子全部转变为TiAl3金属间化合物,获得原位自生TiAl3颗粒增强的Al基复合材料.     

Study on the Formation Mechanism of the Solid Siliconized Layer on Ti-48Al Alloy

The microstructures of the siliconized specimens of Ti-48Al alloy were analyzed by SEM equipped with XEDS.The specimens were pack siliconized with the two different cementations, 15%Si+85% Al2O3 and 15%Si+85%ZrO2. The results show that a composite siliconized layer is formed on the surface of the TiAl alloy. The outer layer is the continuous Al2O3 where a lot of Si particles adhered; the inner layer is most of Ti5Si3 with amount of Al2O3 particles dispersed in. It was deduced that the Al2O3 in the cementation layer is formed by the Al atoms in the TiAl substrate react with the residual O in the furnace and in the TiAl substrate.     

添加NH_4AlO（OH）HCO_3原位生成Al_2O_3/Al复合材料的制备及其性能

碳酸铝铵与熔融的铝液反应原位生成颗粒增强铝基复合材料,对复合材料的力学性能和摩擦磨损行为进行研究。结果表明：在搅拌的铝熔体中碳酸铝铵发生分解反应生成γ-Al2O3;该原位反应的增强颗粒比直接添加的Al2O3在铝熔体中分布得更均匀;复合材料的密度和硬度随着增强相加入量的增加而提高,而强度则随着增强相加入量的增加而降低;磨损率随着增强相加入量的增加和载荷的增加而提高;原位反应生成的复合材料的力学性能和耐磨性明显优于直接添加Al2O3颗粒形成的复合材料的。     

原位Al2O3颗粒增强ADC12复合材料的制备与组织的研究

将Al粉和B2O3粉球磨并压制成预制块,然后破碎成混合粉末加入ADC12铝熔体,采用高能超声—熔体直接反应法,并在585℃保温15 min制备了Al2O3颗粒增强ADC12复合材料.用XRD、SEM及EDS分析第二相的分布、形貌以及成分,用金相显微镜分析复合材料的半固态组织.结果表明:利用Al-B2O3体系制备了原位Al2O3颗粒增强ADC12复合材料,生成的Fe2B减少了复合材料中的杂质Fe,复合材料半固态组织细小、均匀、圆整,且硬度随着加入的混合粉末的质量分数的增加而增大.加入质量分数为3％的混合粉末制备的原位Al2O3颗粒增强ADC12复合材料半固态组织细小、圆整、较均匀分布,硬度较基体的90 HV提高了25.6％.     

掺杂Nb2O5对自生Al2O3强化TiAl复合材料结构的影响

采用原位反应热压法制备了自生Al2O3增强TiAl间金属化合物复合材料，通过第三元素（氧化铌）掺杂的形式，对其进行强化研究。采用DTA结合XRD分析对其反应过程进行了探讨。SEM，XRD及其它测试分析显示，引入氧化铌使铝热反应生成了更高的热能，材料能够在较低的温度下烧结。同时，Nb2O5的掺入对基体相生成比例（TiAl：Ti3Al）有一定的调控作用，也使材料中的自生氧化铝成分增强，对材料结构及性能产生了较大影响。     

Microstructures And Mechanical Properties Of In-Situ Al2o3/Tial Composites By Exothermic Dispersion Method

In-situ Al2O3/TiAl composites were fabricated by pressure-assisted exothermic dispersion （PAXD） method from elemental powder mixtures of Ti, Al, TiO2, and Nb2O5. The microstructures and mechanical properties of the as-sintered composites are investigated. The results show that the as-sintered products consist of γ-TiAl, α2-Ti3Al, Al2O3, and NbAl3 phases. Microstructure analysis indicates that Al2O3 particles tend to disperse on the grain boundaries. Application of a moderate pressure of 35 MPa at 1200℃ yields Al2O3/TiAl composites with fine Al2O3 reinforcement and a discontinuous network linking by Al2O3 particles. The aluminide component has a fine submicron γ ＋α2 lamellar microstructure. With increasing Nb2O5 content, Al2O3 particles are dispersed uniformly in the matrix. The hardness of the composites increases gradually, and the bending strength and fracture toughness of the composites reach to the maximum value, respectively.