Al/TiO_2/TiC体系原位合成Ti_3AlC_2/Al_2O_3/TiAl_3复合材料的反应机理

通过分析机械球磨Al/TiO_2/TiC复合粉末的放热反应及原位合成动力学,确定Ti_3AlC_2/Al_2O_3/TiAl_3复合材料的合成路径。在此基础上,结合球磨后复合粉末的微观形貌和物相演变分析,提出复合材料的原位合成机理。结果表明:复合材料原位合成过程中存在中间产物TiO和TiC_x;机械球磨形成的"核壳结构"对原位合成组织细小均匀的Ti_3AlC_2/Al_2O_3/TiAl_3复合材料至关重要。     

Ti_3AlC_2颗粒含量对Ti_3AlC_2/ZA27复合材料性能的影响（英文）

通过无压烧结技术和机械合金化技术,在烧结温度为870℃,保温时间为2.5 h的工艺条件下,制备了4种含有不同体积分数的Ti_3AlC_2颗粒的Ti_3AlC_2/ZA27复合材料。研究了Ti_3AlC_2颗粒含量对Ti_3AlC_2/ZA27复合材料的硬度、密度,拉伸强度和弯曲强度的影响。结果表明界面处的微弱化学反应有助于提高复合材料的界面结合能力,进而提高Ti_3AlC_2/ZA27复合材料的机械性能。此外,随着Ti_3AlC_2颗粒含量增多,Ti_3AlC_2/ZA27复合材料的硬度和力学强度都随之增大,这主要归因于纳米尺度的Ti_3AlC_2颗粒的弥散增强结果。然而,随着Ti_3AlC_2颗粒增加到40 vol%,由于孔隙的增多,Ti_3AlC_2/ZA27复合材料的硬度和力学强度又出现下降。对比制得的4种Ti_3AlC_2/ZA27复合材料,30Ti_3AlC_2/ZA27复合材料具有最大的抗拉强度、抗弯曲强度以及维氏硬度,分别为310,528和1236 MPa。这些优异的性能除了归因于良好的界面结合,还归因于Ti_3AlC_2颗粒的细晶强化和弥散强化作用。     

Al_2O_3/Ti_2AlN复合材料的高温抗氧化行为

利用综合热分析仪、扫描电镜背散射电子(BSE)和能谱分析(EDS)对Al_2O_3/Ti_2AlN复合材料在900、1000和1100℃空气中连续氧化20 h后的氧化增重及氧化层截面进行了研究。结果表明:Al2O3/Ti2AlN复合材料在空气中的氧化行为符合抛物线规律,在900、1000和1100℃,20 h氧化增重分别为2.78×10~(-2)、10.4×10~(-2)和21.9×10~(-2)kg/m~2,抛物线速率常数相应为1.08×10~(-8)、1.44×10~(-7)和6.56×10~(-7) kg~2/m~4·s,氧化激活能为274 kJ/mol。氧化层主要由TiO2和Al2O3组成的,连续的Al_2O_3次外层可以提高其抗氧化性能。氧化层结构的改变是由于氧化温度对Ti~(4+)、Al~(3+)由基体表面向外扩散和O~(2-)向内扩散的影响,以及TiO_2和Al_2O_3在不同温度下的形核生长速率导致的。对Al_2O_3/Ti_2AlN而言,控制材料与氧化气氛的界面是提高该材料抗氧化性能的关键。     

Ti_3AlC_2掺杂SPS法制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料的研究

通过2TiC-Ti-1.2Al体系的原位热压反应制备Ti_3AlC_2陶瓷,然后以59.2Ti-30.8Al-10Ti_3AlC_2(质量分数,下同,%)为反应体系,采用放电等离子烧结技术制备Ti_2AlC/Ti Al基复合材料。借助XRD、SEM分析产物的相组成和微观结构,并测量其室温力学性能。结果表明:原位热压烧结产物由Ti_3AlC_2和TiC相组成,Ti_3AlC_2呈典型的层状结构,TiC颗粒分布在其间;SPS法制备的Ti_2AlC/Ti Al基复合材料主要由Ti Al、Ti_3Al和Ti_2AlC相组成,Ti_2AlC增强相主要分布于基体晶界处,发挥了晶界/晶内内生型强化相的增强作用。力学性能测试表明:Ti_2AlC/Ti Al基复合材料的密度、维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为3.85 g/cm~3、5.37 GPa、7.17 MPa·m~(1/2)和494.85 MPa,穿晶、沿晶及层状撕裂等混合断裂特征对改善性能发挥了重要作用。     

Al_2O_3/TiB_2和Al_2O_3/TiB_2/SiC_W陶瓷复合材料在1300℃的氧化行为

研究了热压烧结工艺制备的Al2O3/TiB2和Al2O3/TiB2/SiCW陶瓷复合材料在1300℃的氧化行为用XRD、SEM、TEM/EDSA分析了材料氧化后的相组成及显微结构.结果表明:两种材料在1300℃空气中氧化30h内的氧化增重符合抛物线规律,SiC晶须的加入可明显改善Al2O3/TiB2材料的高温抗氧化性.     

Ti_3AlC_2陶瓷材料的研究进展

介绍了三元层状Ti3AlC2陶瓷材料的制备技术、性能及应用。     

烧结温度对Ti_3AlC_2/ZA27复合材料性能的影响

以Ti_3AlC_2粉和锌铝合金ZA27粉作为原料,采用行星球磨混料和气氛保护烧结工艺制备了Ti_3AlC_2颗粒增强ZA27复合材料,重点研究了烧结温度对复合材料的相组成、力学性能和显微组织的影响。结果表明,随烧结温度的升高,复合材料的相对密度、维氏硬度、抗弯强度和抗拉强度都增大,且在870℃时抗弯强度和抗拉强度都达到最大值,分别为592和324 MPa。该温度下Ti_3AlC_2与ZA27之间发生了微弱的化学反应,有利于改善基体与颗粒增强相之间的界面结合效果。     

Al2O3/Ti2AlN复合材料在900℃,1000℃和1100℃空气中的氧化行为

利用综合热分析仪、背散射扫描电镜(BSE)和能谱分析(EDS)对Al₂O₃/Ti₂AlN复合材料在900 ℃,1 000 ℃和1 100 ℃/20 h空气中连续氧化20h后的氧化增重及氧化层截面进行了研究。结果表明：Al₂O₃/Ti₂AlN复合材料在空气中的氧化行为符合抛物线规律,在900 ℃,1 000 ℃和1 100 ℃/20 h氧化增重分别为2.78×10_-2 kg/m₂、10.4 ×10_-2 kg/m₂、21.9 ×10_-2 kg/m₂,抛物线速率常数相应为1.08×10_-8 kg₂/m₄s、1.44×10_-7 kg₂/m₄s、6.56×10_-7 kg₂/m₄s,氧化激活能为274 kJ/mol。氧化层主要由TiO₂和Al₂O₃组成的,连续的Al₂O₃次外层可以提高其抗氧化性能。氧化层结构的改变是由于氧化温度对Ti₄₊、Al₃₊由基体表面向外扩散和O_2-向内扩散的影响,以及TiO₂和Al₂O₃在不同温度下的形核生长速率导致的。对Al₂O₃/Ti₂AlN而言,控制材料与氧化气氛的界面是提高该材料抗氧化性能的关键。     

Zr-Sn-Nb合金1000~1250℃蒸汽氧化行为

核反应堆包壳管在失水事故中会因剧烈的高温蒸汽氧化而破裂,从而引起核燃料泄露的严重后果。为此,本文研究了Zr-Sn-Nb核包壳合金1000~1250℃蒸汽氧化行为。采用增重法计算了蒸汽氧化试样单位面积的质量变化,通过扫描电子显微镜观察了蒸汽氧化试样截面形貌并测量了氧稳定α相层(α-Zr(O))和氧化锆层(ZrO₂)厚度,得到Zr-Sn-Nb合金氧化增重和α-Zr(O)、ZrO₂层生长动力学曲线。结果表明：1000℃蒸汽氧化时,α-Zr(O) 层生长动力学曲线始终服从抛物线规律;氧化1500s后,氧化增重和ZrO₂层生长动力学曲线由抛物线转变为直线规律,ZrO₂层内产生大量裂纹。1100~1250℃蒸汽氧化时,氧化增重和α-Zr(O)、ZrO₂层生长动力学曲线均服从抛物线规律, ZrO₂层结构始终保持完整。Zr-Sn-Nb合金的抗氧化性能优于Zr-4合金,其ZrO₂层和α-Zr(O)层生长速度慢于Zr-4合金。     

SiC/MoSi2复合材料500℃氧化行为研究

研究了不同SiC体积分数（30%-50%）的SiC/MoSi2复合材料低温500℃的氧化性能。结果表明：SiC/MoSi2复合材料在低温（500℃）时具有优异的抗氧化性能,氧化500h没有发生氧化粉化现象。复合材料的氧化增重随SiC体积分数的增加而减少。复合材料表面的抗氧化保护层均匀致密,材料内部缺陷少,材料内部晶界没有发生Mo与Si的氧化,材料的抗低温氧化性能得到显著提高。     

Ti_3AlC_2与Cu合金的电弧焊接

采用无焊料电弧焊方法对Ti_3AlC_2陶瓷与Cu(Mg)合金进行焊接.观察分析了接头组织结构和物相组成,测试了焊接试样的弯曲强度.结果表明,Ti_3AlC_2陶瓷和Cu(Mg)合金之间具有良好的可焊接性.在适当的焊接工艺下,接头具有典型显微结构:在靠近Cu(Mg)合金的区域,自生成的细小TiCx颗粒均匀弥散在Cu(Ti, Al, Mg)合金网络内;在靠近Ti_3AlC_2陶瓷的区域,形成TiC_x相与Cu(Ti, Al, Mg)合金相交替层叠的特殊结构.焊接试样的断裂发生在Ti_3AlC_2陶瓷部分,表明接头的抗弯强度高于被焊接的Ti_3AlC_2陶瓷材料.     

Ti3Al基合金在700～850℃空气中的循环氧化行为

研究了2种成分相近的Ti3Al基合金(Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo-0.3Si(摩尔分数)及Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo-0.6Si在700～850℃空气中的循环氧化行为;重点考察了合金的循环氧化动力学行为;结合SEM/EDX及EPMA分析了循环氧化后样品的表面、断面微观形貌及断面成膜元素面分布.结果表明:2种合金在各氧化温度下表面生成了Al2O3和TiO2混合氧化物,Al2O3主要分布在最外层;在700℃下2种合金具有较好的抗循环氧化性能,而在800℃及以上的温度条件下,表面氧化膜易于开裂和剥落;合金在较高温度下表面氧化膜失效方式为膜层中微裂纹的复合及由于这一过程的反复进行而导致的氧化膜间物理分层开裂.     

Ti_2AlN-La_2O_3/Cu复合材料的界面反应与性能

采用粉末冶金法制备了以Ti2AlN和La2O3为增强相的新型铜基复合材料。研究了Ti2AlN与Cu界面反应及其对复合材料性能的影响。结果表明:Ti2AlN颗粒化学镀铜后改善了铜与Ti2AlN的界面结合情况,形成了宽度为20 nm左右的过渡区。在880~940℃的烧结温度范围内,增强相与基体的界面发生化学反应,生成了Cu(Al)固溶体与TiNx,在显著提高复合材料强度的同时,降低材料的导电性。另外,La2O3纳米颗粒分布在铜基体内,对材料起到弥散强化的作用。     

钢管陶瓷内衬Ti_3AlC_2的耐磨性研究

研究了钢管陶瓷内衬Ti_3AlC_2的耐磨性能。试验结果表明:在摩擦过程中,摩擦产生的摩擦热使Ti_3AlC_2摩擦表面分解、氧化生成由Ti、Al、Fe和O组成的非晶态氧化物,这层氧化物起到了一定的润滑作用,在高的法向载荷或速度下,随着氧化物生成量的增加,Ti_3AlC_2材料的摩擦因数减小,主要是Ti_3AlC_2氧化层磨损,这种磨损方式保护了Ti_3AlC_2基体材料,因此以Ti_3AlC_2作为钢管陶瓷内衬材料将能够很好地保护钢管基体,延长钢管的使用寿命。     

Mo_5SiB_2相合金700℃氧化行为

利用放电等离子烧结技术(SPS)制备了Mo_5SiB_2合金。对不同Mo_5SiB_2含量及相对密度的合金做700℃的循环氧化实验。结果表明:随着合金中的Mo_5SiB_2相含量和致密度的增加,其氧化动力学曲线由直线转变为两个不同的阶段,氧化层由挥发性氧化物MoO_3转变为MoO_2。当试样中Mo_5SiB_2含量和相对密度高时,氧化50 h后其表面会被连续的硼硅酸盐玻璃层覆盖,阻碍氧气的内扩散和MoO_3的挥发,表现出良好的抗氧化性能。     

Ti40合金在500~1000℃的恒温氧化行为

研究了Ti40合金在500~1000℃范围内的恒温氧化行为。氧化增重实验及XRD、SEM、EDS的分析结果表明,Ti40合金的氧化机制可以V的氧化物V2O5的熔点为分界,在700℃以下氧化时,氧化层平整且致密,表面主要由V2O5和TiO2组成,氧化的主要过程为混合氧化膜中的V2O5向外择优生长,氧化机制受V元素在V2O5中的扩散机制控制。在700℃以上氧化时,V2O5的熔化挥发,导致氧化层疏松多孔,氧化层主要由TiO2和SiO2构成,在氧化层和基体的界面处,存在V、Cr元素的富集层,此条件下,合金的氧化受V元素在β钛合金中的扩散机制控制。     

Ti_3AlC_2材料的反应合成及其烧结行为（英文）

以Ti,Al和TiC为原材料,用无压煅烧合成法制备三元化合物Ti_3AlC_2。详细讨论了煅烧温度和铝含量对多晶Ti_3AlC_2纯度的影响。利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜和场发射透射电镜研究了粉末材料的组织结构、晶粒大小、层板厚度和选区电子衍射花样。结果表明1300℃是合成Ti_3AlC_2粉末的最佳煅烧温度,1:1.2:2是Ti/Al/TiC原材料的最佳摩尔比。用热压法制备了不同烧结温度下的Ti_3AlC_2块体试样,在1300℃热压制备的Ti_3AlC_2块体的相对密度可达99.9%,其维氏硬度和三点抗弯强度分别为5.7 GPa和630 MPa。通过场发射扫面电镜观察材料的断口形貌,进一步分析了Ti_3AlC_2块体材料的强化机理。     

TA2表面等离子渗铌合金层在700~900 ℃的氧化行为

采用双辉技术在TA2基体表面渗入铌形成结构致密、与基体形成冶金结合的钛铌合金层。结合XRD、SEM及EDS等手段分析渗铌和未渗铌TA2试样分别在700、800、900℃的高温氧化行为。实验结果表明:随着氧化温度的提高,氧化增重增加,渗铌比未渗铌的氧化增重降低,抗高温氧化性能改善,特别在900℃铌的作用明显;对渗铌和未渗铌TA2在900℃分别氧化20、40、100 h后氧化层的表面及截面进行分析,获得对合金层成分、结构、氧化性能之间关系的认识。钛铌合金层高温氧化后的氧化层是由三部分组成:外层是由高浓度合金层氧化而形成,其氧化产物主要是Nb2O5/TiO2,中间层主要由TiO2/TiO和Nb2O5组成,内层是分布着条状的富铌相。     

受电弓材料Ti_3AlC_2和Cu-Ti_3AlC_2的电弧烧蚀性能对比（英文）

经过2,5,7,9 kV放电电压作用后,分析了受电弓材料Ti_3AlC_2和Cu-Ti_3AlC_2的电弧烧蚀性。Cu-Ti_3AlC_2材料的电弧寿命和击穿电流都比Ti_3AlC_2的低。用高速摄影机记录2种材料的电弧形态。结果表明,Ti_3AlC_2上的电弧要比Cu-Ti_3AlC_2的电弧更加集中,伴随着更多的液滴飞溅。采用扫描电镜(SEM)观察了被侵蚀的2种材料表面情况。和Cu-Ti_2AlC_2的表面相比,Ti_3AlC_2的表面更加不均匀,表面覆盖有孔洞,显微裂纹和飞溅物。计算了不同电压下的电弧能量,在相同电压下,Cu-Ti_3AlC_2材料的电弧能量小于Ti_3AlC_2材料。采用拉曼光谱法测定了被烧损样品表面的成分。实验表明,Cu-Ti_3AlC_2更适合于做受电弓材料。     

锆表面微弧氧化膜1000~1200 ℃高温蒸汽氧化行为研究

目的 研究微弧氧化表面处理对纯锆高温蒸汽氧化行为影响.方法 采用微弧氧化技术(MAO)在磷酸盐电解液中纯锆表面制备厚约2.5μm的陶瓷膜,再利用热重分析仪(TGA)测量它们在1000～1200℃蒸汽环境中的氧化性能,并分析蒸汽氧化前后氧化膜的微观结构、物相组成.用辉光放电谱仪(GDOES)分析蒸汽氧化前后锆基体及微弧氧化样品Zr、O、P、Na、C、H元素的成分深度分布.结果 锆基体及微弧氧化膜加速氧化动力学转变温度约为600℃.在1000℃蒸汽中,微弧氧化处理的纯锆样品氧化增重低于锆基体.蒸汽温度达到1100℃以上时,锆基体和微弧氧化膜的氧化增重曲线几乎重合.蒸汽氧化初期氧原子快速扩散至β-Zr中,当较厚α-Zr(O)层和ZrO2层形成后,氧化速率主要取决于氧在α-Zr(O)层中的扩散速率,而且氧化锆层阻挡了氢扩散进入锆基体.高温蒸汽氧化后,纯锆表面氧化层主要由单斜氧化锆(M-ZrO2)相和少量的四方氧化锆(T-ZrO2)相组成.结论 在1000℃以下,微弧氧化膜增强了锆基体的抗蒸汽氧化能力,但1100℃以上没有保护作用.