气体雾化法制备TiB2/Al复合材料粉末及其组织演变

采用氟盐反应法制备TiB₂/Al复合材料铸锭,并以此为原料利用高压气体雾化制粉技术制备TiB₂/Al复合材料粉末。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、粒度分布仪等手段对所制备铸锭和粉末的组织及性能进行了表征。结果表明:Al熔体中TiB₂的溶度积远小于TiAl₃和AlB₂的溶度积,TiB₂自Al熔体中沉淀析出导致的体系Gibbs自由能变化量比TiAl₃或AlB₂自Al熔体中沉淀析出导致的体系Gibbs自由能变化量的值更小。TiB₂/Al复合材料铸锭及粉末均主要由α-Al相和TiB₂相组成。气体雾化制备TiB₂/Al复合材料粉末中TiB₂颗粒具有纳米尺度,且均匀弥散地分布于Al基体之中,不存在明显的偏聚现象。TiB₂/Al复合材料粉末的粒度主要分布在10～100 μm之间,呈正态分布,粒径介于10～70 μm粉末占比（质量分数）约为81.1%,粒径大于70 μm粉末收得率为12.6%,粒径小于10 μm粉末收得率为6.3%。     

Cr含量对TiB2/FeCr基复合材料显微组织和高温氧化行为的影响

采用原位合成法制备了TiB₂/FexCr基(x=0、4、10、16、22、28,质量分数/%)复合材料,并结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等方法,对TiB₂/FeCr基复合材料的显微组织和高温氧化行为进行表征分析。当Cr含量为22%时,复合材料呈现出优异的抗高温氧化性能,其富Cr细密片层状TiB₂在900℃氧化过程中促进了连续Cr₂O₃/TiO₂混合层的形成,获得了金红石型TiO₂表层、致密Cr₂O₃中间层和Cr₂O₃/TiO₂混合层的三层阻隔结构,有效地抑制了钛离子和氧离子的扩散。     

放电等离子烧结温度对TiB2/Al复合材料结构与性能的影响

以铝粉为基体、二硼化钛颗粒为增强体,采用放电等离子烧结(SPS)技术制备TiB₂/Al复合材料,研究了不同烧结温度(500、525、550℃)对复合材料的物相组成、致密度、显微硬度、抗拉/抗压性能的影响。结果表明,所制备复合材料主晶相为α-Al,烧结温度高于525℃时析出少量TiB₂相;随着烧结温度升高,复合材料的致密度、硬度、抗拉强度和抗压强度均呈现先增大后减小的趋势,伸长率和压缩率则先减小后增大;烧结温度为525℃时,复合材料的综合性能最佳,致密度和显微硬度(HV)分别获得最高值98.57%和49.83,抗拉强度(84.9 MPa)和抗压强度(265.1 MPa)也达到最大值;烧结温度偏高时(550℃),材料内部形成孔洞,拉伸过程中出现穿晶断裂现象。     

Effects of Ultrasonic Vibration and Electromagnetic Stirring on the Dispersion of TiB2 Particles for AZ31 Magnesium Alloy

In-situ TiB₂/AZ31 composites were prepared by utilizing the SHS reaction of Al-Ti-B system in the molten magnesium,and the effects of external physical fields on the dispersion of TiB2 particles were investigated.The results show that high-energy ultrasonic vibration could effectively break up the particle clusters and make the TiB₂ particles uniformly distributed in the melt of TiB₂/AZ31 composites.The compound field（high-energy ultrasonic field coupling with electromagnetic field）could not only distribute the TiB₂ particles into the matrix uniformly,but also make the grains ofα-Mg fine and uniform further than the ultrasonic field solo.The average grain size of as-cast TiB₂/AZ31 composites was reduced from 173μm to 94μm.     

基于激光熔覆TiC/TiB2的钛合金表面组织及性能研究

在钛合金表面激光熔覆制备TiC/TiB₂复合涂层,分别采用SEM、显微硬度计和摩擦磨损设备分析了TiB₂+15%TiC复合涂层的微观组织和硬度、摩擦磨损性能。实验结果表明：涂层上部组织主要由粗大的TiB₂树枝晶和少量白色颗粒状的TiC/TiB共晶组织组成,涂层中部组织主要由棒状型、细针状型的TiB₂相和小块状的TiC相组成,涂层下部则由树枝型、块状TiB₂相、较大的片状TiC相和少量的小层片状金属间化合物TiAl组成。由测试结果可知,涂层硬度(960HV_0.2)约为基体的(350HV_0.2)的2.7倍。涂层的耐磨性能显著提高,涂层出现较少的剥落、细小磨痕和颗粒碎屑,基体表面主要是犁沟式的磨损。涂层的磨损量为1.132 mg是基体(5.342 mg)的20%。     

硼化钛系复合材料研究进展

TiB₂系复合材料是很有希望的高温材料,介绍了TiB₂系复合材料的体系选择、制备技术及其研究现状,提出了今后的研究方向。     

TiB2对Ta-W合金氧化行为的影响

采用热压烧结制备Ta-W合金和Ta-W-TiB₂合金,研究两种合金在700、800和900℃的高温氧化行为,通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜观察和能谱分析对合金的氧化层组分和组织形貌进行分析。结果表明:两种合金经热压烧结后的相对密度均达到97%以上,可以实现致密化。在氧化温度范围内所有合金的氧化动力学曲线都遵循直线规律,氧化温度升高氧化速率逐渐增大。Ta-W合金的氧化产物为Ta₂O₅固溶体,Ta-W-TiB₂合金的氧化产物为Ta₂O₅固溶体和TiO₂氧化物。在700~800℃下,稳定的TiO₂提高了Ta-W-TiB₂合金的抗氧化能力,但在900℃时,TiO₂的破坏大大减弱了氧化层对基体的保护能力。     

Sc2O3掺杂对ScSZ粉体制备过程的影响研究

本文以ZrOCl₂·8H2O和Sc₂O₃为原料,聚乙二醇(PEG800)为分散剂,氨水为沉淀剂,采用共沉淀法制备了不同钪掺杂量的氧化钪稳定氧化锆(ScSZ)复合粉体,并通过TG/DSC热分析、ICP、XRD、Raman和SEM等分析手段对样品进行表征,研究了Sc₂O₃掺杂对ZrO₂前驱体热稳定性和ZrO₂粉体物相、形貌等的影响,还探讨了洗涤方式对所制备的ScSZ粉体形貌的影响。结果表明:ZrO₂和ScSZ前驱体均为无定形状态,经煅烧后ScSZ前驱体的总失重量大于ZrO₂前驱体的总失重量;未掺杂钪所制备的ZrO₂粉体为单斜相,钪掺杂改变了物相,ScSZ粉体为四方和立方相的混合晶型;钪掺杂对ZrO₂粉体的粒径无明显影响,ZrO₂和ScSZ粉体均发生一定团聚,团聚体直径约为0.5~3μm;采用乙醇洗涤有利于减小ScSZ粉体的初级纳米颗粒粒径,减小团聚现象,粉末团聚较松散。     

挤压致密超细WC/纳米Al2O3弥散强化铜基复合材料的组织性能研究

以纳米Al₂O₃颗粒、超细WC粉末、工业纯Cu粉末为原料, 通过热挤压致密获得了超细WC/纳米Al₂O₃弥散强化铜基(WC-Al₂O₃/Cu)复合材料, 研究了挤压态WC-Al₂O₃/Cu复合材料的微观组织及力学性能。结果表明: 成分为5% WC-2% Al₂O₃/Cu和10% WC-2% Al₂O₃/Cu (质量分数)的两种原料粉末, 经机械球磨、冷压、真空烧结和热挤压后, 其相对密度均达到了99%以上, 超细WC和纳米Al₂O₃强化相颗粒呈均匀弥散分布, 具有很好的导电性及力学性能; 其中, 5% WC-2% Al₂O₃/Cu复合材料的综合性能更佳, 其抗拉强度达到235.06 MPa, 延伸率为15.47%, 导电率可达85.28% IACS, 软化温度不低于900℃。     

Al2O3含量对放电等离子烧结Al2O3/Cu复合材料组织与性能的影响

以微米级Cu粉为基体相,纳米Al₂O₃颗粒为绝缘相,采用机械球磨和放电等离子烧结工艺相结合的方法制备Al₂O₃/Cu复合材料,研究Al₂O₃含量对复合材料微观结构、电阻率和热导率的影响。结果表明,Al₂O₃/Cu复合材料为核?壳结构,随Al₂O₃含量增加,Al₂O₃包覆层对Cu基体的包覆效果逐渐提升;当w(Al₂O₃)为5%时,Al₂O₃/Cu复合材料的热导率较高,为85.92 W/(m·K),但电阻率偏低,仅为12.6 mΩ·cm。当w(Al₂O₃)增加至15%时,虽然Al₂O₃/Cu复合材料的密度降至6.69 g/cm³,孔隙率较高,但电阻率显著提高至2.09×10⁸ mΩ·cm,约为Cu电阻率的10¹¹倍,且热导率为7.6 W/(m·K),明显高于传统金属基板的热导率。     

陶瓷颗粒增强扩散合金化钢复合材料的微观结构和力学性能

采用传统粉末冶金工艺制备了陶瓷颗粒增强Fe?0.5Mo?1.75Ni?1.5Cu?0.7C扩散合金化钢复合材料,选用的陶瓷颗粒为SiC、TiC和TiB₂。采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了烧结材料微观结构,并对烧结材料的硬度、强度和摩擦磨损性能进行了测试。结果表明,由于SiC和TiB₂与基体的化学相容性好,陶瓷颗粒与基体界面结合良好;由于TiC颗粒具有极高的化学稳定性,TiC颗粒与基体界面结合情况不理想。随着陶瓷相含量（质量分数）的增加,添加SiC和TiC的烧结试样相对密度降低;添加TiB₂的烧结试样相对密度先增加后降低,当添加TiB₂质量分数为0.9%时达到最大值。随着陶瓷含量增加,添加SiC和TiB₂烧结试样的硬度增大,当陶瓷相质量分数超过1.2%时,硬度增加缓慢;添加TiC烧结试样的硬度先增加后降低,当添加TiC质量分数为0.9%时达到最大值。随着陶瓷相含量增加,添加SiC和TiC烧结试样的强度降低,少量添加SiC对强度没有明显损害;添加TiB₂烧结试样的强度先增加后降低,当添加TiB₂质量分数为0.6%时达到最大值（971.7MPa）,比基体提高了14.1%以上。添加陶瓷相对烧结钢性能的积极影响依次是TiB₂、SiC和TiC。     

铝合金夹杂物基本性质的第一性原理研究

采用第一性原理计算的方法研究了铝合金基体及常见夹杂物Al₂O₃、MgO、AlN、TiB₂、AlB₂、Al₄C₃的基本性质.形成热的计算结果表明Al₂O₃最容易形成,其次是MgO,AlB₂相对最难形成;Al₂O₃、AlN、TiB₂结合能的绝对值稍微大于其他物相,且TiB₂最稳定,AlB₂相对最不稳定;TiB₂粒子的切变模量、体模量、杨氏模量和硬度均最高,Al₄C₃与基体硬度最接近,表明TiB₂粒子对铝合金强度、刚度、加工性能的影响最大;AlN粒子的各向异性因子最大,其对铝合金各向异性的影响最大,AlB₂次之,Al₂O₃和TiB₂粒子对铝合金各向异性程度影响较小;TiB₂对铝合金韧性的影响最大,AlN次之,Al₄C₃对铝合金韧性的影响最小;Al₂O₃与铝基体之间的相对费米能级差较大,为1.4 eV,而AlB₂粒子最小,各夹杂物对材料腐蚀性能的影响大小顺序为:Al₂O₃>MgO>TiB₂>Al₄C₃>AlN>AlB₂.      

The effect of solidification microstructure on the corrosion behavior of a columnar aluminum-copper alloy

The morphological and kinetic nature of corrosion of directionally solidified aluminum-4.5 wt pct copper alloy in the as-cast, solutionized and solutionized-and-aged conditions in air-saturated aqueous 3.5 wt pct NaCl solution were evaluated. In the solutionized and solutionized-and-aged conditions the intergranular attack and pitting are similar to those occurring in solutionized wrought alloys; the extent of attack at long times increases with increasing severity of solidification rate. The as-cast alloy exhibits a cored dendritic structure with significant formation of interdendritic nonequilibrium eutectic. Extensive inter dendritic corrosion of the α-phase containing more than 3.2 wt pct copper is seen; α containing less than 3.2 wt pct copper and the θ-Al₂Cu phase are cathodic. Corrosion of the as-cast alloy is parabolic with time and increases with increasing severity of solidification rate in proportion to the amount of nonequilibrium second phase.     

惰性可湿润性TiB2阴极材料在铝电解槽中的应用

TiB2具有熔点高,导电性好,能被金属铝液良好润湿,且能抗拒电解质和金属铝液的腐蚀与渗透,是铝电解首选的惰性阴极材料。介绍了TiB2涂层阴极、TiB2复合阴极以及TiB2陶瓷阴极材料的研究现状和惰性阴极材料在工业铝电解槽上的应用情况。     

硼对TC4／B钛合金铸造组织与性能的影响

采用熔铸工艺法制备了含B量为0．2％-1．0％的TC4／B钛合金,分析并测试了合金的铸态组织和力学性能。研究结果表明：TiB相提高了TC4／B钛合金铸棒的弹性模量,B元素添加量为0．2％～1．0％范围内,合金弹性模量提高15％～30％;显微组织由片层α、晶界β及第二相（TiB）组成,第二相（TiB）聚集在卢晶界上呈链状分布,随B含量增加,显微组织细化效果越明显。由拉伸断口分析可知,随着B含量增加合金由典型的延性沿晶断裂向混合型断裂转变。     

TiB_2基陶瓷材料的研发进展与展望

二硼化钛(TiB2)的综合性能优异,熔点和硬度高,热稳定性与抗氧化性能好,作为优异的硬质相在复合材料、金属陶瓷等新材料领域被公认为极具推广价值和应用前景的高新技术材料,受到科研人员的高度关注.该文从TiB2基复合材料和TiB2基金属陶瓷两个方面进行综合评述,重点介绍近年来TiB2基金属陶瓷和TiB2复合材料的研究现状和水平,展示其制备思路和良好性能;并且特别指出其发展方向将包括选择合适的复合材料体系,探索合适的复合工艺,寻找合适的中间化合物,开发性能优异的复合型粘结剂和进一步降低生产成本.深信,随着新材料的设计和制备技术的发展,TiB2的应用必将越来越广泛.     

TiB2-HfC陶瓷的高温抗氧化性能

为了研究TiB₂-HfC陶瓷的高温抗氧化性能, 分析了TiB₂-HfC陶瓷在1100 ℃下分别氧化1、4、7、10 h后的氧化行为; 根据材料氧化后的微观结构, 对陶瓷氧化层进行了划分, 将其分为外氧化层、次氧化层及过渡层。实验结果表明: 外氧化层的氧化物为TiO₂、B₂O₃、HfO₂、NiO和CoO; 随着氧化时间的延长, 材料发生了严重氧化, 氧化层逐渐变厚, 材料保有的抗弯强度逐渐减小, 材料的氧化增重与氧化时间呈抛物线规律; 氧化1h后, 材料表面形成了约为12 μm的致密氧化层, 此时材料具有较好的抗氧化性能, 且仍保有较高的抗弯强度, 其值为823.6 MPa。     

6061Al/Al2O3金属基复合材料组织和性能

以6061Al作为基质材料,利用液体冶金的搅拌铸造技术及挤压法制备Al₂O₃颗粒增强的金属基复合材料,选取6061Al添加3种质量分数为5%、10%和15%的Al₂O₃为研究对象,以改善6061Al/Al₂O₃复合材料的力学性能。通过SEM分析表明,Al₂O₃颗粒在6061Al金属基体中的分布相当均匀;由X射线衍射试验结果显示,复合材料中只有6061Al和Al₂O₃,且不会影响结晶性及6061Al的组织结构型态。试验结果表明,随着Al₂O₃添加量增加至15%,6061Al/Al₂O₃复合材料的硬度和抗拉强度均有较大提高,但伸长率略有下降,由于材料孔隙率的提升,致密度下降,从而引起材料的硬度略微下降;分析磨损量与Al₂O₃添加量及磨损率与滑动距离的关系,结果显示商用6061Al的磨损率最大,而6061Al/Al₂O₃(15%)复合材料的磨损量最小,并且磨损率最低,这是由于在6061Al中加入Al₂O₃颗粒,Al₂O₃颗粒的存在可以减少磨粒对基体的犁削作用,有效提高基体的耐磨性。深入探讨Al₂O₃颗粒增强的金属基复合材料,发现颗粒增强体以很细的粉末(一般在20 μm以下)加入到金属基中起到提高硬度、强度和耐磨性的作用;然而,Al₂O₃添加量越来越大时,其对6061Al系列材料的硬度、强度和耐磨耗性等性能将起到负面作用。