粉体聚集状态对自蔓延高温合成(SHS)反应喷涂Al2O3-Al2Cu3涂层的影响

采用SHS技术和传统氧-乙炔火焰喷涂技术,利用Al与CuO间的高能铝热反应,在钢的表面制备了Al2O3-Al2Cu3复相涂层.研究了粉体聚集状态对SHS火焰喷涂涂层物相组成、组织结构和反应机理的影响,结果表明非团聚CuO-Al粉体分散在气流中缺乏发生SHS反应的条件,而团聚CuO-Al体,经历反应孕育、飞行燃烧、碰撞、结构转变与凝固4个阶段,形成层状结构.     

Al-CuO系SHS反应火焰喷涂涂层及副产物的形成与转变

采用SHS反应火焰喷涂工艺,在钢基体表面制备了以Al2O3-AlxCuy为主相的复相涂层。通过水淬熄实验,结合SEM和XRD等金相、结构分析测试手段,研究了Al-CuO系反应火焰喷涂过程中,Al-CuO团聚粉粒子的熔化、反应行为及涂层形成过程,阐明了涂层中副产物Cu9Al4和Al2Cu3金属间化合物的形成机理。研究表明:在60mm至150mm的飞行距离当中,CuO受热分解,生成Cu2O、Cu并释放出氧气,至150mm处分解完毕。粒子飞行过程中少量Al与分解产生的Cu2O反应生成少量Al2O3陶瓷相并还原出金属Cu。分解产生及被还原出的Cu与Al在液态下互溶形成合金溶液。喷涂粒子在喷距180mm时撞击基体后,Cu2O与Al充分反应,生成大量Al2O3陶瓷相并还原出金属Cu,其中Cu被液相Al-Cu合金吞并。喷涂后期SHS体系温度下降的过程中,开始发生自蔓延体系的结构转变,Al-Cu合金熔液经复杂的共晶、共析等反应,生成Cu9Al4和Al2Cu3金属间化合物。     

Al-CuO系SHS反应火焰喷涂涂层及副产物的形成与转变

采用SHS反应火焰喷涂工艺。在钢基体表面制备了以Al2O3-AlxCu7为主相的复相涂层。通过水淬熄实验。结合SEM和XRD等金相、结构分析测试手段，研究了Al-CuO系反应火焰喷涂过程中，Al-CuO团聚粉粒子的熔化、反应行为及涂层形成过程，阐明了涂层中副产物Cu9Al4和Al2Cu3金属间化合物的形成机理。研究表明：在60mm至150mm的飞行距离当中。CuO受热分解。生成Cu2O、Cu并释放出氧气，至150mill处分解完毕。粒子飞行过程中少量Al与分解产生的Cu2O反应生成少量Al2O3陶瓷相并还原出金属Cu。分解产生及被还原出的Cu与Al在液态下互溶形成合金溶液。喷涂粒子在喷距180mm时撞击基体后，Cu2O与Al充分反应，生成大量Al2O3陶瓷相并还原出金属Cu。其中Cu被液相Al-Cu合金吞并。喷涂后期SHS体系温度下降的过程中。开始发生自蔓延体系的结构转变，Al-Cu合金熔液经复杂的共晶、共析等反应，生成Cu9Al4和Al2Cu3金属间化合物。     

铜/铝冷轧复合薄带热处理工艺及界面组织和性能研究

利用万能材料试验机、金相显微镜、X射线衍射仪和电子探针等仪器,研究了铜/铝/铜冷轧三层复合薄带的热处理工艺对薄带的界面组织和性能的影响。结果表明,随退火温度升高或保温时间的延长,复合带强度降低,塑性增强;退火后复合带界面宽度为1.5~6.5μm,410℃/10 min退火时复合带有最佳的力学性能;界面共有3层结构,有5种脆性化合物相生成,分别是Cu9Al4、Cu4Al3、Cu3Al2、CuAl、CuAl2等,其尺寸数量级为10-4~10-8mm2;在形态上,Cu9Al4、Cu4Al3、Cu3Al2呈多边形块状,内有许多平行板条,CuAl2相呈椭圆状,CuAl呈弥散颗粒状。     

机械合金化制备的Al-Pb-Cu合金结构与摩擦性能

用机械合金化方法制备了Al-Pb-Cu合金。X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析表明，随机械合金化的进行，Al-Pb-Cu合金中相继有Cu9Al4和CuAl2相形成，在随后的烧结过程中，CuAl2相农渐增加，而Cu9Al4相逐渐消失，最终获得了在Al基体上弥散分布为Pb相和CuAl2相的组织，与Al-Pb二元合金相比，Cu的加入在一定程度上抑制了Pb相的长大，摩擦磨损性能测定表明，Al-Pb-Cu合金的摩擦磨损性能比相同方法制备的Al-Pb二元合金有了较大提高，当Cu含量（质量分数）为4．5％时，合金的耐磨性最佳。     

药芯铝钎料钎焊Cu/Al异种金属接头的力学性能及反应物

以3种药芯铝钎料对Cu/Al异种金属进行了火焰钎焊,研究了钎焊接头的力学性能及反应物.通过测试和分析3种钎焊接头的强度、组织和显微硬度,从中选取综合性能较优的试样ZAAg2;采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDS)等进一步分析该钎焊接头的组织及反应物.结果表明:性能较优钎焊接头ZAAg2接头强度高达75 MPa,接头的主要断裂形式为沿晶脆性断裂,断裂主要产生在CuAl,CuAl2,Al4Cu9等脆性组织与α - Al基体的界面处.钎料与母材发生界面反应,钎缝中靠近铝侧生成α-Al固溶体,靠近铜侧生产CuAl,CuAl2,Al4 Cu9等脆性相.     

Al/Cu扩散溶解层的形成机理研究

利用扫描电子显微镜和电子探针对不同退火处理的Al/Cu镶嵌式扩散偶扩散溶解层的形态和形成机理进行了研究。结果表明,当580℃保温160h退火处理后,在Al/Cu界面处形成厚度约2.5mm的扩散溶解层,其主要结构相与Al-Cu相图上相的排列位置一致。CuAl相层首先在Cu上形成,接着CuAl2在Al上形成,然后Cu4Al3、Cu5Al3、Cu3Al2、Cu9Al4和Cu3Al等五个相层依次在Cu上形成,各个扩散溶解层按照平面式长大方式长大;Al-Cu扩散溶解层的形成是Al和Cu固相扩散、溶解与二次结晶的结果,由于扩散浓度和固溶度的相互作用,导致了扩散溶解层析出的序列性。     

粉体聚集状态对自蔓延高温合成（SHS）反应喷涂A12O3-A12Cu3涂层的影响

采用SHS技术和传统氧-乙炔火焰喷涂技术，利用Al与CuO间的高能铝热反应，在钢的表面制备了A12O3-A12Cu3复相涂层。研究了粉体聚集状态对SHS火焰喷涂涂层物相组成、组织结构和反应机理的影响，结果表明：非团聚CuO—Al粉体分散在气流中缺乏发生SHS反应的条件，而团聚CuO-Al体，经历反应孕育、飞行燃烧、碰撞、结构转变与凝固4个阶段，形成层状结构。     

Al_2O_3/(Ag_(72)Cu_(28))_(97)Ti_3/Ti-6Al-4V界面结构及性能研究

在1．8ks,1073K－1173K条件下对Al2O3/(Ag72Cu28)97Ti3/Ti-6Al-4V进行了钎焊试验。通过扫描电镜、波谱、能谱、X射线衍射界面结构进行了分析。小于1123K的界面结构为Al2O3/Cu2Ti4O/Cu4Ti3/Ag-Cu共晶＋富Ag相＋Ti固溶体;1173K的界面结构为Al2O3/Cu3TiO5 CuAl2O4/Cu4Ti3/富Ag相。采用拉剪试验测试了接头剪切强度。在1．8ks,1123K时剪切强度最高达到189MPa,大于或小于1123K接头强度呈下降趋势。     

Cu/Al复合材料退火过程中的界面组织演变

采用轧制复合法制备了Cu/Al复合板,并在350~450℃进行退火处理,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、X射线衍射仪等手段研究了Cu/Al界面的微观组织形貌和相组成。结果表明,Cu/Al界面扩散连接过程主要包括物理结合、金属间化合物形核、金属间化合物横向生长与增厚3个阶段,Cu/Al界面主要由Cu9Al4、CuAl、CuAl23种金属间化合物组成。金属间化合物形核需要一定的孕育期,孕育期受温度影响很大;金属间化合物层厚度与反应时间的关系符合抛物线规律,表明金属间化合物的生长动力学由体扩散控制;总金属间化合物层生长速率常数与反应温度之间满足Arrhenius关系,其生长激活能为119.08 kJ/mol。     

挤压变形对粉末冶金Al-Si-Cu合金组织和性能影响

利用金相观察、SEM和XRD等方法研究了生坯挤压并在N2气氛下烧结制备的Al-Si-Cu合金的微观组织,并测试了其力学性能。结果表明,Al-Si-Cu合金生坯经过挤压后,致密度增加,Si和Cu的晶粒均匀分布在Al基体中,无明显界面。其物相组成为α-Al、β-Si、Al2O3、CuAl2和Cu4Si,其中CuAl2和Cu4Si是在挤压后烧结过程中形成。合金力学性能显著提高,其硬度(HV)、抗拉强度和伸长率分别为71.5、400 MPa和13.8%,断口形貌从典型的冰糖状脆性断口转变为含有韧窝的塑性断口。     

制备工艺对Al_2O_3/Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响

以Al2O3颗粒为增强相,分别采用内氧化法和粉末冶金法制备了Al2O3/Cu复合材料,并在HST100型载流高速试验机上进行了载流摩擦磨损性能测试,研究了制备工艺对Al2O3/Cu复合材料载流摩擦性能的影响。结果表明,内氧化法制备的A12O3/Cu复合材料的导电率和硬度均高于粉末冶金法制备的A12O3/Cu复合材料,且内氧化法比粉末冶金法制备的Al2O3/Cu复合材料具有更低的磨损率和摩擦系数。微观组织观察表明,内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料内部Al2O3颗粒分布均匀,且Al2O3颗粒与铜基体的界面结合整齐致密无污染,这是内氧化法比粉末冶金法制备的Al2O3/Cu复合材料具有更优抗载流摩擦磨损性能的主要原因。     

二元Al基粉末扩散反应的研究

为了研究二元Al基混合粉末的扩散反应，采用粉末冶金方法，利用光镜、扫描电镜和X射线衍射技术研究了Cr-Al、Fe-Al和Cu-Al生坯、烧结体的显微组织和相结构。结果表明，Cr、Fe和Cu粉末与Al粉末经过固相烧结，在粉末颗粒界面处形成扩散反应区域，在扩散反应区域中形成了相应的Cr-Al9、Fe2Al5和Cu9Al4、CuAl金属间化合物，金属间化合物的生成规律与二元扩散偶反应扩散规律密切相关。     

AgCu+nano-Al_2O_3复合钎料钎焊TC4合金与Al_2O_3陶瓷:界面结构及接头性能

通过向Ag Cu共晶钎料中添加nano-Al2O3增强相(2%,质量分数)并采用高能球磨的方法获得了Ag Cu+nano-Al2O3复合钎料(Ag Cu C钎料)。采用Ag Cu C钎料实现了TC4合金与Al2O3陶瓷的高质量钎焊连接,确定了TC4/Ag Cu C/Al2O3钎焊接头的典型界面组织结构为:TC4/α-Ti+Ti2Cu扩散层/Ti3Cu4层/Ag(s,s)+Ti3Cu4+Ti Cu/Ti3Cu4层/Ti3(Cu,Al)3O层/Al2O3。Nano-Al2O3的添加抑制了钎缝中连续的Ti-Cu化合物层的生长,同时在钎缝中形成了颗粒状Ti-Cu化合物相增强的Ag基复合材料,改善了钎焊接头的界面组织。随着钎焊温度的升高,各反应层厚度逐渐增加,颗粒状Ti-Cu化合物不断长大,Ag基复合材料组织逐渐细小。当钎焊温度T=920℃,保温时间t=10 min时接头抗剪强度达到最大为67.8 MPa,典型断口分析表明:压剪过程中,裂纹起源于钎角处并沿钎缝扩展后转入Al2O3陶瓷,最终在Al2O3陶瓷母材侧发生断裂。     

(Al2O3+TiB2)/ZL202复合材料的制备和力学性能

采用原位熔体反应合成法制备了(Al2O3 TiB2)/ZL202复合材料.用电子探针对复合材料的微观组织进行观察.结果表明:增强相TiB2颗粒主要分布于晶界上,与CuAl2相交织在一起,尺寸在1 μm左右,呈现圆球形,Al2O3颗粒约在3 μm左右,呈现规则的颗粒或圆球状,且彼此分离,界面干净.对铸态复合材料室温抗拉强度和硬度的测试发现,两相颗粒增强的复合材料都较单一颗粒增强复合材料要高.经过T6处理后,(Al2O3 TiB2)/ZL202复合材料的抗拉强度由221.0 MPa提高至339.6 MPa,提高幅度达53.67%,其延伸率降低至2.60%.     

铜合金连接层多孔不锈钢基Al_2O_3陶瓷复合膜的结合性能

采用溶胶-凝胶法,在多孔不锈钢基体和Al2O3底膜间引入铜合金钎焊以接合两种材质。对引入连接层后的复合膜在不同氢气还原温度下的物相结构进行了分析,并对引入连接层前后的膜层与基体的结合力进行了测定。结果表明,850℃下3 h烧结,复合膜中生成了Cu Al2O4和Cu Fe2O4两种物质。该复合膜在400℃和600℃下于H2还原后,Cu Al2O4完全被还原,而Cu Fe2O4逐渐减少;800℃时H2还原后,Cu Fe2O4化合物也基本完全被还原,并形成Fe Cu4合金。引入铜合金连接层的膜层与基体结合力为20 N,比未引入连接层的Al2O3膜结合力提高了317%,连接层的引入提高了膜层与基体的结合力。     

铝合金表面激光熔覆Fe-Al青铜过渡区的组织结构及其在小能多冲作用下的行为

研究了Al－Si合金表面激光熔覆Fe－Al青铜合金过渡区的组织和相结构;探讨了在小能量多冲作用下过渡区的行为。结果表明：熔覆层／基材间过渡区的组织和相结构存在一定的层次,靠近熔覆层的一侧为不均匀的块状Cu9Al4＋Cu3Al;中间区为块状Cu9Al4＋针状CuAl2;向基材靠近时,过渡区的针状CuAl2相逐渐减少,α-Al相逐渐增多。在小能多冲作用下,过渡区裂纹形成干脆性相CUAl2富集的区域,激光扫描速度对CUAl2相在过渡区的分布厚度影响显著,进而影响到过渡区的抗小能多冲行为。扫描速度在10mm／s～12mm／s时,熔覆层具有较高的抗冲击性能;扫描速度≤8mm／s或≥14mm／s时,其抗冲击性能显著降低。     

水热法制备Al_2O_3掺杂钼合金

以四钼酸铵和硝酸铝为原材料,采用水热合成法结合低温煅烧和两次还原工艺制备出Al2O3掺杂钼粉,经压制、烧结后制备出掺杂钼坯。利用XRD、SEM、EDS、TEM等检测手段对不同制备阶段下的相结构、形貌及相转变进行了分析。结果表明:在水热合成过程中,有六方结构的针状MoO3和棉花状的水合氧化铝AlO(OH)生成,六方结构的MoO3是由四钼酸铵(NH4)2Mo4O13·2H2O与硝酸HNO3发生化学反应生成,水合氧化铝AlO(OH)是由硝酸铝Al(NO3)3·9H2O和尿素CO(NH2)2反应生成;500℃低温煅烧后,六方结构的针状MoO3转变为正交结构且呈片状,棉花状的水合氧化铝AlO(OH)脱水转变为Al2O3,且有中间相Al2(MoO4)3的生成;经二次氢气还原,片状的MoO3完全被还原为球状的Mo颗粒,含铝相以纳米级α-Al2O3相的形式存在于Mo粉中;烧结成坯后,α-Al2O3弥散分布在钼基体中,尺寸在500nm~1μm之间。     

Al/Cu系金属间化合物价电子结构计算与界面反应预测

应用固体与分子经验电子理论,计算了Al-Cu系各相的价电子结构、键能、结合能、形成焓和有效生成热,并应用计算结果对Al/Cu固相界面的扩散反应进行了预测。结果表明,在Al/Cu固相界面扩散反应的初始阶段,Cu为限制元素,根据初生相有效生成热判据,Al2Cu相在Al/Cu界面最先生成;随界面缺陷消失和Al2Cu相层形成,界面有效元素浓度不断提高,热力学驱动力将超过动力学限制,在保温时间足够长情况下,后续相将按照热力学驱动力的大小依次生成Al4Cu9、AlCu、Al3Cu4、Al2Cu3,界面反应生成相预测结果与实验结果吻合。     

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。