混杂增强相(Al3Ti-TiB2-SiC)的形成热力学分析

对利用原位反应与高剪切液态搅拌复合专利技术制备的Al3Ti-TiB2-SiC/Al-13%Si复合材料的增强相的形成热力学进行了理论计算和分析,并采用差热分析法(DTA)进行了试验验证.研究表明:(1)Al-Ti-B体系加入到Al-13%Si熔体中可发生原位反应,形成增强相,原位反应的开始温度为905.3℃,结束温度为1 061.23℃;(2)Al-Ti-B体系加入到Al-13%Si熔体中,制备颗粒增强Al-13%Si复合材料的增强相为TiB2和Al3Ti,但TiB2形成能力最强.     

Al-Zr(CO3)2体系熔体反应合成(Al3Zr+Al2O3)/Al复合材料的热力学与动力学机制

开发了Al-Zr(CO3)2原位反应新体系,采用熔体反应法成功制备了颗粒增强铝基复合材料.X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)分析可知,该体系生成的复合材料增强相颗粒细小(≤2 μm)、形状圆整、弥散分布于基体中.反应热力学和动力学分析结果表明,反应起始温度和反应时间是影响反应和扩散的重要因素:反应起始温度越高,反应时间越长,越有利于反应的进行和颗粒的扩散;但随温度的升高和时间的延长,颗粒有长大的倾向.     

自蔓延高温烧结制备碳化钛陶瓷结合剂CBN复合材料

采用Ti/C/CBN粉体为原料,通过自蔓延高温烧结(SHS)技术,制备了TiC结合剂CBN复合材料。研究了Al添加剂与CBN粒度对烧结试样的物相组成与显微形貌的影响。研究结果表明:Ti/C/CBN试样(质量分数为10%CBN)反应后可生成TiC为主相的材料,同时CBN与Ti反应生成TiN和TiB2。但在反应后CBN发生严重的热损伤,颗粒上出现大量裂纹。在原料中添加适量Al,可避免CBN严重的热损伤,同时生成TiN、TiB2、Al3Ti、AlB2等物相。SHS反应后,较粗粒度的CBN颗粒表面会形成平均粒径约2.3μm的表面组织,而较细粒度的CBN颗粒与基体反应程度较大,部分CBN与基体元素反应形成过渡层,过渡层中组织的平均粒径约0.8μm。     

SHS反应喷涂TiC-TiB2复相陶瓷涂层的热力学分析与实验

基于SHS反应火焰喷涂技术,在钢基表面制备了TiC-TiB2复相陶瓷涂层.通过对SHS火焰喷涂陶瓷涂层反应体系的设计和其热力学计算,给出了SHS反应火焰喷涂TiC-TiB2复相陶瓷涂层的最佳配系.研究得出,当Ti,B4C和C组成的反应体系按1435摩尔比配制时,SHS反应易实现点火,反应绝热温度高,反应速度快,反应产物为TiC0.7N0 3与TiB2二相构成的共晶体,但其特有的共晶层状结构不明显,为交叉复相结构,陶瓷涂层较致密,机械性能较好,陶瓷与钢基体的结合强度可达27.5 MPa,显微硬度HV达15 270 MPa,耐磨性良好.     

Ti-C-Al-Ni系热爆复合产物TiC/NiAl的组织形态研究

采用DSC、XRD、SEM研究了Ti-C-Al-Ni系热爆复合产物TiC/NiAl的合成过程及其微观组织和结构.结果表明:在Ti-C-Al-Ni体系中Al、Ni间发生固态反应生成NiAl,所放出的热量引发Ti、C间反应生成TiC;Al-Ni明显降低Ti-C热爆反应起始温度.当体系中Ti-C含量较少(≤15%,质量分数,下同)时,TiC和NiAl均为圆球状;随着Ti、C含量的增加,NiAl发生溶化,TiC趋于不规则形状;当Ti-C含量达50%左右,TiC颗粒镶嵌在熔融后凝固的NiAl基体上,形成较致密的金属间化合物基复合材料;Ti-C含量进一步增加,TiC颗粒变得粗大,少量NiAl覆盖于其上.     

原位合成TiC颗粒增强铁基复合材料热、动力学的研究

采用铸渗复合原位反应技术制备TiC颗粒增强铁基复合材料,用SEM、XRD对复合材料的显微组织和物相组成进行观察分析,应用热、动力学原理对原位合成TiC的热、动力学过程进行了分析.热力学计算结果表明,在1138℃热处理能够原位合成TiC,体系中TiC优先于Fe3C和Fe2Ti形成,且在热力学上比Fe3C和Fe2Ti稳定.动力学分析结果表明,Ti-C反应受动力学过程控制,C的扩散是反应的控制步骤.     

自蔓延法原位合成热喷涂用TiC/Ni复合粉的研究

采用自蔓延高温合成法(SHS)原位合成热喷涂用TiC/Ni金属陶瓷复合粉.利用扫描电镜观察原始粉体和反应产物的微观结构,采用X射线衍射仪对SHS燃烧产物组成进行物相分析.结果表明:SHS原位合成TiC/Ni的陶瓷与金属界面结合良好;Ti-C-Ni预制块反应产物的主要相成分为TiC和Ni;随着预制块相对密度的增加,反应产物的相对密度增加,颗粒之间的孔隙减少.TiC颗粒尺寸减小.     

Ti-C-Al-Ni系热爆复合产物TiC/NiAl的组织形态研究

采用DSC、XRD、SEM研究了Ti-C-Al-Ni系热爆复合产物TiC/NiAl的合成过程及其微观组织和结构.结果表明在Ti-C-Al-Ni体系中Al、Ni间发生固态反应生成NiAl,所放出的热量引发Ti、C间反应生成TiC;Al-Ni明显降低Ti-C热爆反应起始温度.当体系中Ti-C含量较少(≤15%,质量分数,下同)时,TiC和NiAl均为圆球状;随着Ti、C含量的增加,NiAl发生溶化,TiC趋于不规则形状;当Ti-C含量达50%左右,TiC颗粒镶嵌在熔融后凝固的NiAl基体上,形成较致密的金属间化合物基复合材料;Ti-C含量进一步增加,TiC颗粒变得粗大,少量NiAl覆盖于其上.     

TiC颗粒增强铁基复合材料高温冲击特性及断口分析

对自蔓延高温合成/准热等静压法(SHS/PHIP)制备的TiC颗粒增强铁基复合材料进行了高温冲击实验.利用扫描电镜、X射线衍射仪分别对冲击前该复合材料的显微组织和相组成以及冲击后断口形貌和断面物相组成进行了分析.研究表明:随温度的升高,TiC颗粒增强铁基复合材料的冲击韧度增大,断口周嗣的塑性变形程度增加;室温、550、650和750℃下的冲击断口都以沿晶脆性断裂为主,在一些较粗大的TiC颗粒中还出现了穿晶裂纹;高温冲击过程中,该复合材料发生了氧化,断口局部区域出现少量疏松的氧化组织.     

TiCNi/Al自蔓延反应热压复合涂层的制备

采用自蔓延反应热压工艺,在铝合金表面制备了TiCNi金属陶瓷基复合材料涂层.分析了TiCNi金属陶瓷SHS反应热压加压时间、混粉工艺、元素比和粉末颗粒尺寸、预制块密度、反应热压温度、反应热压压力大小、涂层厚度等SHS反应热压工艺参数对涂层与基体间界面结合状态和涂层组织的影响.观察和测试了其显微组织、热震性能以及显微硬度.结果表明,TiCNi涂层与基体Al实现了冶金结合.并分析了TiCNi/Al反应热压复合过程中,涂层内部及涂层与基体之间发生多级自蔓延高温合成反应机制,从而揭示了TiCNi/Al自蔓延反应热压复合机理.