Al-Ti-B合金中TiB_2和AlB_2的从头算研究

用 ａｂ ｉｎｉｔｉｏ分子轨道 ＨＦ方法、 ＭＰ２方法和密度泛函（ＤＦＴ）方法对 Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ中间合金主要形核粒子 ＴｉＢ２和 ＡｌＢ２各种可能的几何构型分别进行全优化,得到其稳定的几何构型和电子结构．通过能量计算得知,存在同一体系 Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金中,ＴｉＢ２是稳定的,说明ＴｉＢ２的形核遗传性表现得很明显;由于ＡｌＢ２体系能量较高,所以是相对不稳定的,产生了变异．这和实验结果相一致并对 ＴｉＢ２和 ＡｌＢ２易聚集成团作出合理解释．     

TiH2对合成Al-Ti-B合金组织及细化行为的影响

应用激光引燃自蔓延高温合成技术制备添加TiH2及不添加TiH2的两种Al—Ti-B中间合金。采用X射线衍射仪、电子探针、扫描电镜和差热分析仪等检测两种中间合金的相组成、分布、组织形貌及自蔓延反应热分析过程。结果表明：在合成Al—Ti—B中间合金过程中，TiH2对自蔓延反应具有明显的促进作用，分析认为TiH2受热分解出高活性Ti原子及具有催化作用的H原子，从而降低了自蔓延的反应温度，并改变了TiAl3和TiB2的形态和分布（TiB2的平均直径小于0．5μm），减小了TiB2的聚集倾向。添加TiH2的中间合金组织构成及形貌更适合细化处理，因而其对工业纯铝的细化效果优于不添加TiH2的中间合金。     

工艺参数对Al-Ti-B中间合金第二相粒子的影响

研究了静置时间和加料顺序对铸态Al-Ti-B中间合金第二相粒子形成规律的影响。试验结果表明,随着静置时间的延长,TiAl3的尺寸逐渐增大,在铝基体中的分布更为均匀,且粒子的大小更趋于一致。3种不同的加料顺序中,先加KBF4后加K2TiF6,中间合金中的TiAl3尺寸最大,而混合加盐时TiAl3尺寸最小。TiB2粒子主要分布α-Al边界处,少量分布在TiAl3表面上,静置时间对TiB2粒子分布无影响。     

Zr和Mn对Al-Ti-B中间合金的影响

验证了铝合金中微量Zr及Mn对Al-Ti-B中间合金细化效果的影响。发现Mn对Al-Ti-B中间合金的细化效果无中毒作用,而Zr在一定浓度范围内显著降低其细化效果;而且提高熔炼温度会加剧Zr对Al-Ti-B中间合金的中毒作用。研究还发现,微量Al-Ti-B及Al-Ti中间合金也会使Zr对铝的细化效果产生中毒作用。     

原位生成铁基复合材料中TiB2的三维形貌重构

采用腐蚀法和计算机辅助设计(Creo Parametric)技术重构了原位生成Fe-TiB_2复合材料中增强相TiB_2在铁素体基体中的三维形貌,利用OM和SEM对增强相TiB_2的二维形貌和三维形貌进行比对分析,并结合压缩实验重新诠释了该材料的断裂机理。结果表明:单晶TiB_2初生相为六边形端面的八面体棱柱结构,多由2个或多个尺寸不一的单晶棱柱交错贯穿组成,其空间位置杂乱无章;共晶相TiB_2由瓣状/细柱状相和枝晶状相组成。Fe-TiB_2复合材料在承受载荷时,瓣状/细柱状和枝晶状共晶相相较于初生相TiB_2更容易发生脆断,成为材料断裂失效的主要诱因。二维微观组织观察到的小颗粒TiB_2相在实际空间中并不存在,通过控制凝固过程获得真正三维空间上的小颗粒TiB_2相对该复合材料的性能至关重要。     

高能球磨对Al-Ti-B体系合成TiB2颗粒的影响

为了合成粒度均匀的微米级Ti B2颗粒,以Al-Ti-B为体系,结合反应体系的热力学计算和差示扫描量热分析（DSC）,研究了高能球磨对合成Ti B2颗粒微观形貌的影响,揭示了Ti B2颗粒的合成机理。结果表明：AlTi-B体系在527℃～927℃（800 K～1 200 K）温度范围内生成Ti B2反应的ΔGT最低,在Al-Ti-B体系完全反应后只有Ti B2存在。与球磨5 h和15 h相比,球磨10 h时,混合物中聚集体尺寸最小,均在1μm以下,Al-Ti-B体系完全反应的温度最低,为845℃（1 118 K）,且此温度下,合成Ti B2颗粒形状规则,表面洁净,尺寸为0.5μm～2μm.     

TiB_2含量对原位反应合成TiB_2/B_4C复合材料的组织结构和力学性能的影响(英文)

以B4C,TiO2和石墨粉为原料,采用原位反应热压烧结工艺(2050℃,35MPa,1h)制备了致密的TiB2含量为10%～40%(体积分数)的TiB2/B4C复合材料,并对复合材料的组织结构和力学性能进行了研究。扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析结果表明:在B4C晶内及晶界处均匀分布着纳米或亚微米级的TiB2颗粒,随着TiB2含量的增加,弹性模量和断裂韧性明显增大,而弹性模量和抗弯强度却随之减小。40%(体积分数)TiB2/B4C复合材料具有高的断裂韧性,高达8.2MPam1/2,主要增韧机制由微裂纹增韧和裂纹偏转增韧。     

快速凝固处理对Al-Ti-B中间合金组织和细化效果的影响

用单辊甩带法和旋转液体纺绩法分别制备了Al-Ti-B中间合金薄带和细线,研究快速凝固处理对中间合金组织和细化效果的影响。结果发现:采用快速凝固方法处理Al-Ti-B中间合金可提高Ti在!-Al基体中的固溶度,细化TiAl3相和分散TiB2粒子,从而显著提高其细化效果。分别添加0.2%(质量分数)的Al-Ti-B快淬薄带和Al-Ti-B细线处理工业纯铝,可获得粒径约为50～100"m的等轴晶组织。旋转水纺绩法可连续生产线径均匀的线材,比单辊甩带法更具有实用化前景。     

高能超声处理对Al-Ti-B中间合金组织和细化效果的影响

在Al-Ti-B中间合金晶粒细化剂的制备和重熔过程中施加高能超声处理,研究了超声处理对中间合金组织和细化效果的影响。结果发现:重熔Al-Ti-B中间合金过程中施加高能超声处理对其微观组织形态和细化效果没有太大影响;混合熔盐反应制备Al-Ti-B中间合金过程中施加超声处理,在超声波的声空化和声流效应协同作用下,可以加速反应的进行,使合金中TiB2粒子的分布更为分散,形成大量细小块状或杆状的TiAl3相,从而提高了细化效果。     

碳对镍基单晶高温合金碳化物形貌的影响(英文)

在抽拉速率为50μm/s的条件下制备5种不同含碳量的单晶高温合金,研究碳对单晶高温合金中碳化物形貌的影响。研究发现,铸态组织中存在4种形貌的MC型碳化物,呈针状、球状、块状以及中文汉字状。随着碳含量的增加,碳化物的体积分数增大而共晶组织的体积显著减少。同时,碳化物的尺寸随着碳含量的增加亦呈增大趋势。     

CeO_2添加剂在原位TiB_2颗粒增强2014铝合金复合材料中的作用(英文)

将K2TiF6和KBF4混合盐与铝合金熔体通过放热反应法制备原位TiB2颗粒增强2014铝合金基复合材料。研究CeO2添加剂对原位TiB2/2014铝基复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,在高温时添加CeO2与添加Ce的作用相同;当添加0.5%CeO2时,TiB2颗粒在基体中的分散性大幅度提高,颗粒与基体的界面清晰,在复合材料制备过程中颗粒没有明显的沉降现象。解释了TiB2颗粒在2014铝合金基体中的分散机理。加入CeO2的复合材料,其铸态硬度、抗拉强度、屈服强度和伸长率有较大提高。     

TiB2对Ni基合金激光熔覆层组织与性能的影响

采用5 kW CO2激光器在低碳钢表面熔覆Ni基合金层及TiB2/Ni基合金金属陶瓷涂层,研究了两种涂层的组织、显微硬度以及滑动磨损特性.结果表明,Ni基合金层主要组成相为γ-(Ni,Fe),Cr23C6等,TiB2/Ni基合金复合涂层组成相主要有γ-(Ni,Fe),Ni3B,TiB2和TiC等;Ni基合金层由发达γ-(Ni,Fe)枝晶和其间共晶组织所组成,TiB2/Ni基合金复合涂层典型组织为等轴固溶体以及其间细小共晶组织;TiB2对熔覆层的组织有显著的影响,使熔覆层组织细化,并由树枝晶转变为等轴晶;加入TiB2可显著提高Ni基合金涂层的显微硬度及耐磨性能.     

TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物的扩散连接

对TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物进行了扩散连接试验，研究了直接扩散连接和采用Ni为中间层进行扩散连接的接头界面结构及工艺参数对界面结构和连接性能的影响。直接扩散连接时，连接界面处生成了Ti(Cu，Al)2金属间化合物，采用Ni为中间层进行扩散连接时，界面处生成了单层TiAlNi2金属间化合物层和两层T1，Al，N2扩散层共三层结构。直接扩散连接时，连接温度T＝1223K，时间t=1．8ks，压力p＝80MPa时接头强度为103MPa；采用Ni为中间层时，连接温度T＝1273K，时间t=1．8ks，压力p=80MPa时接头强度为110MPa。     

TiB2金属陶瓷/TiAl钎焊连接接头应力的数值模拟

利用有限元方法分析了采用Ag基钎料钎焊TiB2金属陶瓷与TiAl接头在冷却过程中的应力分布情况，并研究了连接温度对接头处应力的影响。结果表明，在钎料与TiB2金属陶瓷和TiAl的连接界面处均存在一定程度的应力集中，其中钎料与TiB2金属陶瓷的连接界面应力相对较大。连接温度变化时，应力的分布基本没有变化，只是随着连接温度的降低，应力的数值随之减小。     

Influence of Al-Ti-B addition on the microstructure and mechanical properties of A356 alloys

The mechanical properties (σb,σ0.2,and δ) and fracture behavior of tensile specimens of the refined A356 alloys were investigated as a function of the addition level of Al-Ti-B master alloy under both as-cast and T6 heat-treated conditions. The results show that as the addition level of Al-5Ti-1B master alloy increases from 0.1 wt.% to 5.0 wt.%,the mechanical properties of refined A356 alloys improve steadily and then decrease slightly under both as-cast and T6 heat-treated conditions. Also,they display exc...     

原位合成TiB2的定量计算及Cu-TiB2复合材料性能的研究

以Ti粉、B粉和Cu粉为原材料,球磨后,采用原位热压法合成Cu-15wt%TiB₂复合材料。详细讨论了Cu-Ti-B体系的反应过程。通过XRD、SEM、EDS、XPS等手段,确定了Ti和B在Cu基体中原位合成了TiB₂,并利用XRD制作TiB₂和Cu的定标曲线,采用外标法计算出不同烧结温度下TiB₂的合成率,结果表明,在一定的温度范围内,温度越高,合成率越高,在1000℃时TiB₂的合成率可达99.27%。并测试Cu-1.5 wt%TiB₂块状试样的维氏硬度,电导率和三点弯曲强度,分别为125.68 MPa、80.1% IACS和755.2 MPa,在100℃时的热膨胀系数和导热系数分别为9.3×10_-6 /K和260 W/mK。     

TiB2/42CrMo连续梯度材料力学分析与结构设计

在以往超重力场合成梯度材料的基础上优化制备的工艺参数,制备出TiB₂-TiC-Fe组分呈连续梯度变化的TiB2/42CrMo复合材料。经XRD、SEM观察其梯度层间陶瓷/合金相界呈连续梯度变化。通过硬度测试,得出硬度自陶瓷部分至金属部分呈梯度递减变化,中间梯度层的弹性模量变化形式更趋近于三角函数。在相关参数提取研究的基础上,建立层状强度解析模型。之后采取ANSYS有限元仿真的方法,模拟分析了在施加外部位移载荷的条件下,层状模型的正应力与切应力分布,得出了梯度材料底部金属所承受的最大拉应力为造成该型材料损伤失效的主要原因,与实际材料的三点弯曲实验现象相对应。最后通过研究材料长厚比对应力分布的影响,得出在一定的尺度范围内,梯度材料的力学性质不会随长厚比的增大而线性无限增大,对下一步工程材料设计具有一定指导意义。     

Tribological Performance of TiB2-Ni Composite Coating Deposited by APS

TiB2-Ni composite powders were prepared by pressurized hydrogen reduction cladding with different proportion of TiB2.The coatings were then prepared by APS.The microstructures and the phase composition of the powders as well as the deposited coatings were analyzed by scanning electron microscopy(SEM)and X-ray diffraction(XRD).The coatings were tested using a ring-on-disc tribometer from ambient temperature to 300°C.A sprayed Cr3C2-NiCr coating was tested as a reference.The morphologies of the worn surface of the coatings were observed and analyzed.It is found that the TiB2-Ni composite coatings present higher friction coefficient than that of the Cr3C2-NiCr coating at room temperature due to the adhesive wear mechanism,whereas the main wear mechanism of Cr3C2-NiCr coating is rupture and exfoliation.However,at high temperature,the friction coefficient of the TiB2-Ni composite coating decreases as a result of B2O3 solid lubricant,which alleviates the adhesive wear on coatings.Furthermore,the TiB2-Ni composite coating greatly reduces the mass loss of the boron cast iron.     

热处理对TiB2颗粒增强的金属基复合涂层的影响

用扫描电镜和透射电镜研究了热处理工艺对含TiB2的NiCr基和304L基4种电弧喷涂复合涂层组织结构和性能的影响.结果表明,热处理后含TiB2的NiCr基复合涂层孔隙率变化不大,硬度略有增加,销-盘磨损试验耐磨性能提高了2～3倍;热处理降低了含TiB2的304L基复合涂层的孔隙率,增加了涂层致密度,热处理后的304L基涂层还存在重结晶形成的纳米等轴晶组织特征,涂层的耐磨损性能提高了5～10倍.