Ti、Al对Nb-Si基合金抗氧化性影响的第一性原理研究

基于第一性原理方法,通过计算形成能、结合能、吸附能和布居数,研究了加入Ti、Al对Nb/Nb_5Si_3复合材料的高温抗氧化性能的影响。结果表明,掺杂Ti、Al元素都能提高Nb/Nb_5Si_3复合材料的抗氧化性,吸附变得更稳定,尤其是Ti的存在,可以优先与O发生反应生成TiO_2,从而在一定程度上阻碍O向基体的扩散。所以,Ti的掺杂优于Al,能更有效地提高Nb/Nb_5Si_3复合材料的高温抗氧化性能。     

Al对Nb/Nb5Si3复合材料高温抗氧化性能的影响

采用放电等离子烧结制备Nb-20Si、Nb-20Si-10Al和Nb-20Si-15Al合金,并研究其在800℃的氧化行为,利用XRD和SEM分别对合金氧化膜的相组成及形貌进行了观察和分析.结果表明,在Nb-20Si-15Al的氧化膜中存在玻璃态SiO<,2>,使氧化膜平整,抑制了氧的扩散.     

SPS合成碳纳米管增强Nb/Nb_5Si_3复合材料的组织和性能

采用放电等离子烧结法(SPS)原位合成了多壁碳纳米管(CNTS)增强Nb/Nb_5Si_3复合材料,研究了不同含量的碳纳米管对Nb/Nb_5Si_3复合材料的组织和性能的影响。研究表明:Nb/Nb5Si3复合材料的相组成主要为Nb、α-Nb_5Si_3和γ-Nb5_Si_3,当CNTS加入量达到2%(质量分数)时开始出现了新相Nb_4C_3。复合材料的力学性能(抗压缩强度、断裂韧性)随着碳纳米管含量的增加而增加,加入2%CNTs时达到最大值,抗压缩强度和断裂韧性提高幅度分别达到56%、31%;随后加入3%CNTs时,抗压缩强度和断裂韧性都有所降低。复合材料断口的扫描电镜照片表明,复合材料的断裂模式主要为脆性解理断裂并有部分沿晶断裂,复合材料的增韧化作用主要是由于碳纳米管的拔出效应和桥联机制。     

SPS熔铸工艺制备Nb/Nb5Si3原位复合材料

以Nb，Si粉末为原料，采用放电等离子烧结(SPS)技术，原位合成了密实的Nb/Nb5Si3复合材料。利用扫描电镜(SEM)、电子探针微区分析(EPMA)和X射线衍射(XRD)等手段对材料的组织结构进行了分析，并探讨了材料的结构形成机制。结果表明，合成的材料由近球状的Nb颗粒与Nb-Nb5Si3共晶组织组成；SPS过程中产生的放电等离子体使Si粉及Nb颗粒的表面熔化，熔融的Nb和Si在冷却过程中发生共晶反应而形成Nb-Nb5Si3共晶体，而未反应完的Nb颗粒则均匀分布在共晶组织中     

空心微珠增强铝基复合材料细观力学性能的数值模拟

基于代表性体积元的细观力学有限元的方法预测了空心微珠增强铝基复合材料的有效弹性模量、弹塑性应力应变和空心微珠与基体的界面性能.研究表明:影响复合材料有效弹性模量的重要参数为:空心微珠体积百分比(V4)和空心微珠壁厚与空心微珠半径的比值(t/R).同时也发现复合材料的颗粒增强金属基材料的特性随着空心微珠Vf的增加而减弱.     

相场法模拟对流作用下铝合金的枝晶生长

基于现有二元合金纯扩散相场模型,建立了耦合流场和溶质场的相场模型,采用有限体积法和有限差分法对控制方程进行数值求解,模拟了对流作用下二元合金等温凝固过程中枝晶的生长,研究了过冷度对枝晶生长形貌和溶质场的影响,分析了枝晶主轴中心方向的溶质分布.结果表明:过冷度越大,枝晶的生长速率越快,固液界面前沿溶质扩散层越薄,溶质梯度越大.     

Ti对Nb-20Si-5Al超高温合金性能的影响

采用放电等离子烧结法(SPS)制备了Nb-20Si-5Al-xTi(x=0,18,20,22,摩尔分数)超高温合金,研究了Ti加入量对Nb-20Si-5Al合金的室温断裂韧度和高温抗氧化性的影响。结果表明,随着Ti加入量的增加,超高温合金的相组成由Nbss、Nb₅Si₃和Al3Nb相转变成为Nbss、(Nb,Ti)5Si3和Ti相。Ti能明显改善Nb-20Si-5Al超高温合金的断裂韧度和高温抗氧化性能,随着Ti加入量的增加均先提高然后降低,在Ti加入量为20%时,合金断裂韧度最大,为7.41 MPa·m^1/2,相比未加Ti时提高了约56.9%,其高温氧化速率最低,为0.72×10^-4g²/(cm⁴·h)。添加Ti元素后,其氧化产物中出现Ti₂Nb₁₀O₂₉、TiNb₂O₇、TiO₂等,可以提高其氧化膜的致密性,从而提高高温抗氧化性能。     

搅拌法铸造空心微珠-铝复合材料组织和性能的研究

采用半固态搅拌铸造法制备了铝-空心微珠复合材料，分别对金属型铸造和挤压铸造方法制备的铝-空心微珠复合材料的组织和性能进行了研究，并对其拉伸断口形貌进行了扫描电镜分析。结果表明：两种铸造方法制备的复合材料的抗拉强度都低于基体铝合金，随着空心微珠加入量的增加，复合材料的抗拉强度有所降低，密度减小，比强度增大，韧性降低，使复合材料的断裂形态从塑性断裂发展为脆性断裂。     

Phase-field simulations of solidification of AI-Cu binary alloys

The dendrite growth process during the solidification of the Al-4.5 %Cu binary alloy was simulated using the phase-field model, proposed by Kim et al. Solute diffusion equation and heat transfer equation were solved simultaneously. The effects of the noise on the dendrite growth, solute and temperature profile in the undercooled alloy melt were investigated. The results indicate that the noise can trigger the growth of the secondary arms, and increase the highest temperature and solute concentration, but not influence the tip operating state. The solute and temperature gradients in the tip are the highest.     

铝/空心微珠复合材料弹性性能的预测研究

根据复合材料的基本原理建立了复合材料弹性模量的本构方程，在这基础上利用有限元的方法预测了空心微珠增强铝基复合材料的弹性模量，并在模拟中考察了空心微珠体积百分比（Vf）、空心微珠壁厚与空心微珠半径的比值（t／R）两个参数对弹性模量的影响。通过将有限元模拟结果与理论计算结果相比较，发现结果具有较好的一致性。由于有限元模型和公式是理想模型，其结果比实验值要高，为此，通过考虑空心微珠增强铝基复合材料的主要缺陷，从而使模拟值更接近于实验值。