Oxidation of porous nanocrystalline titanium nitride. II. Scale structure and composition

We have used x-ray phase analysis to study the composition of the products of reaction between oxygen and nanocrystalline powders with particle sizes 15, 40, 55, and 80 nm, and also specimens pressed (and sintered) from them. The powders were oxidized in air at 100°C (400 h) to 500°C (5 min), while the sintered specimens were oxidized at 600–900°C for 15, 120, and 240 min. In all cases, in the initial oxidation step the oxynitride Ti(O_xN_y) is formed, which over time is oxidized to TiO, Ti₂O₃, Ti₃O₅, TiO₂ (anatase) and TiO₂ (rutile). In the range 600–800°C, formation of a continuous oxide layer and conversion of anatase to rutile slows down diffusion of oxygen in the scale. We have established that at 900°C, the growth rate of the scale thickness increases and so the reflections from the oxynitride are barely noticeable on the diffraction patterns taken from the surface of the oxidized specimen. In these diffraction patterns, along with strong reflections from the rutile, we also observed weak reflections from lower oxides and anatase, which may be due to reaction between oxygen and the titanium ions diffused to the scale surface. We have concluded that at T > 850°C, the mechanism for oxidation of TiN changes. This is due to superposition of counterdiffusion of titanium ions on the diffusion of oxygen. __________ Translated from Poroshkovaya Metallurgiya, Nos. 3–4(448), pp. 72–78, March–April, 2006.     

Oxidation of porous nanocrystalline titanium nitride. I. Kinetics

We used the continuous weighing method to study the oxidation kinetics in air for TiN specimens pressed and sintered from nanocrystalline powders with particle size ≤55 nm. Oxidation was carried out at 500–1000 °C for 240 min. By comparing with the oxidizability of compact titanium, we estimated the total reaction surface S of the porous specimens as a function of their oxidation conditions. The mass of absorbed oxygen Δm was calculated from the mass gain ΔP, taking into account the volatile component N₂. We have shown that the maximum mass gain Δm at 600 °C is due to reaction of oxygen with the largest reaction surface. Within 120 min, external pores close up, S decreases, and then a continuous oxide layer forms in which diffusion of oxygen is slowed down. At 700–800 °C, the process of closing up of the pores is activated, and S decreases by an order of magnitude compared to 600 °C. After the first 40–50 min, a continuous oxide film forms and virtually no further mass gain occurs. As the temperature increases, the oxidation rate increases. At 900 °C, the reaction surface becomes equal to the external surface of the specimen, but the thickness of the scale increases linearly. We hypothesize that for T > 850 °C, counterdiffusion of titanium ions is superimposed on diffusion of oxygen. __________ Translated from Poroshkovaya Metallurgiya, Nos. 1–2(447), pp. 98–103, January–February, 2006.     

轴承钢中TiN夹杂物的控制研究

研究了轴承钢中TiN夹杂物的形成热力学,以及钢中Ti和N的控制理论,并在某钢厂进行了GCr15轴承钢的生产实验.结果表明,在凝固过程中钢中Ti或N的含量越高,TiN夹杂物开始析出温度就越高,析出物的尺寸就越大;使用低Ti合金原料能够有效降低钢中的Ti含量;采用低Ti铁水,初炼渣中的TiO₂降到1.0%以下,能有效控制钢水中的Ti含量;采用低钛合成渣过程回钛量显著减少,钢中Ti含量由原来的37×10^-6下降至30×10^-6;优化改进精炼工艺和大包保护浇铸可以降低钢中N含量为33×10^-6;降低凝固偏析,能降低TiN夹杂析出.     

TA15钛合金高温氧化行为

研究TA15钛合金在750~950℃,空气中氧化1~150 h的氧化动力学规律,采用SEM、XRD及EPMA测试技术分析该合金氧化层的显微组织形貌、相组成和复合结构,并对氧化膜的生成机理进行探讨。结果表明:合金在750、850和950℃温度下的氧化行为均符合抛物线规律,但在950℃以上随氧化温度的升高和保温时间的延长,氧化质量增加值持续升高,并远大于750℃和850℃时的氧化质量增加。750℃和850℃下氧化150 h后,合金氧化层结构为TiO2/Al2O3/TiO2/基体;950℃下氧化150 h后合金的氧化层结构为TiO2/Al2O3/TiO2/Al2O3/TiO2/Ti3Al/基体。     

氢化钛氧化处理及其热分解行为

在大气条件下进行氢化钛的氧化处理试验,利用扫描电镜和X射线衍射仪研究氧化处理后氢化钛的形貌与相组成,通过TG/DSC热分析,研究氧化处理对氢化钛热分解行为的影响规律。结果表明,氧化处理后氢化钛颗粒形貌无明显变化,随温度升高和时间延长,其颜色经历了灰黑色—蓝色—浅灰色的转变,且颗粒表面形成了Ti3O和TiO2的氧化物薄膜。与此同时,随氧化处理温度升高和时间延长,氢化钛热分解的质量损失率降低,但氢化钛的热分解温度显著提高,以AlSi12合金为基体,应用粉末冶金法制备泡沫铝,其氢化钛的氧化处理工艺为480℃/1h。     

超低氧车轮钢中TiN夹杂析出的热力学分析及控制

通过对高速车轮钢中TiN夹杂物析出进行热力学分析,得到了车轮钢的液相线和固相线温度及1873K时Ti、N的活度.对TiN生成反应和钢中Ti、N溶度积进行了计算.结果表明:TiN只能在固相中生成,但在本车轮钢Ti、N含量下,固相中也没有TiN生成的条件,只有在钢液凝固前沿,由于Ti、N在两相区的富集,TiN夹杂物的生成反应得以进行.因此,在生产中,适当提高连铸二冷的冷却速率,使钢液快速凝固,减少凝固前沿Ti、N的富集时间,可减少纯TiN的析出.对本实验车轮钢中TiN夹杂的检测结果进行计算分析可知,在正常生产时铸坯冷却速率条件下,将钢中Ti的质量分数控制在3.5×10^-5以下、N的质量分数控制在3.1×10^-5以下,理论上可以消除TiN夹杂物的析出,改善车轮钢的疲劳性能,提高车轮的使用寿命.     

钛精粉氧化过程中物相转变

采用热重分析和恒温实验法研究了攀枝花钛精粉氧化过程中相的存在形式及其转变规律.X射线衍射结果和微观形貌分析表明:温度低于500℃,钛精粉未发生氧化反应;600℃时产生Fe₂Ti₃O₉和TiO₂相,其和原相Fe₂O₃相衍射峰强度均随温度的升高而增强;900℃时,Fe₂Ti₃O₉相完全转变为Fe₂TiO₅相,且随温度的升高,TiO₂相和Fe₂O₃相衍射峰强度逐渐减弱;在整个氧化过程中存在四个化学反应,其与烧结作用相互关联,使得氧化产物表面形成较多孔隙,变得凹凸不平且疏松.     

电子束物理气相沉积YSZ热障涂层恒温氧化实验研究

利用电子束物理气相沉积法制备了YSZ热障涂层,并对其恒温氧化时涂层形貌、相组成的演化过程进行了研究.结果表明,YSZ热障涂层具有典型的柱状晶结构.沉积态时YSZ涂层为t/t’相.1100℃恒温氧化1200h后,YSZ涂层仍为t/t’相,未发现脱落.     

闪速燃烧合成的Fe-Si3N4中FexSi粒子的形成机理

采用SEM、EDS等手段研究了闪速燃烧合成的氮化硅铁及其原料FeSi75的组成、结构,并结合闪速燃烧合成工艺和热力学分析,揭示氮化硅铁中Fe_xSi粒子的形成机理.结果表明:在以74μm的FeSi75氮化制备氮化硅铁过程中,金属硅和ξ(FeSi2.3)相中部分硅氮化为氮化硅,而氮化硅铁中Fe_xSi粒子则来源于ξ相的氮化;当ξ相被氮化到其中的[Si]摩尔分数降低近25%时,[Si]的活度aSi趋于0,氮化趋于平衡,ξ相中不能被继续氮化的部分即为Fe_xSi粒子,其Fe:Si原子比例大约为3:1;Fe_xSi粒子的大小、均匀分布状况与ξ相颗粒粒径大小及分布状况有关.     

Hardening of compact and porous titanium in asymmetric rolling

The hardening of materials deformed by shear rolling between rolls of different diameters is examined. The effect of the rolling conditions on structure-formation and hardening mechanisms is studied. The process of consolidation within porous titanium billets subjected to conventional and asymmetric rolling is examined. It is established that asymmetric rolling increases the strength of compact and porous titanium. __________ Translated from Poroshkovaya Metallurgiya, Vol. 46, No. 1–2(453), pp. 15–22, 2007.     

HRB500E抗震钢筋中钛化物析出热力学分析

 钢液凝固过程中钛化物在液相、固相的存在形态对固相组织的性能有着重要的影响,其第二相析出起到细化晶粒的作用。为分析HRB500E抗震钢筋钢中TiN、TiC、Ti(C,N)析出物的析出规律,对TiN、TiC、Ti(C,N)析出物进行热力学计算。结果表明,TiN、TiC在钢液成分均质状态下难以析出,TiC_0.19N_0.81在温度为1 843 K时析出;在凝固过程中,由于Ti、N在凝固前沿富集,TiN在凝固过程中具备析出的热力学条件,析出温度为1 745 K;在固相奥氏体中,TiN和TiC粒子具备析出热力学条件,TiC析出温度比TiN的低,铁素体中有TiC的析出。     

典型钒钛磁铁矿的烧结基础特性

 近年来,钒、钛和铬等重要金属的价格飞涨,钒钛磁铁矿资源的高效开发利用,不仅能缓解铁矿石资源的短缺问题,还能很好地解决重要金属的供需矛盾,有利于中国钢铁工业的可持续发展。通过微型烧结设备对国内使用量较大的5种典型钒钛磁铁矿的烧结基础特性进行了系统研究,同时使用XRD和SEM-EDS对精矿粉的物相组成进行了分析。研究表明,钒钛磁铁矿的基础特性与其化学成分和物相组成的联系紧密,低钛型钒钛磁铁矿的主要物相为磁铁矿,烧结基础特性的综合评价指数相对较好,其中CJ矿的最好,而高钛型钒钛磁铁矿的主要物相为磁铁矿和钛铁矿,它们的烧结基础特性均很差。总体来说,钒钛磁铁矿的烧结基础特性普遍较差,在使用过程中应尽可能与烧结基础特性较好的铁精矿搭配。     

高强度帘线钢中氮化钛夹杂的固溶行为分析

为了提高帘线钢盘条的质量,实现轧制过程高强度帘线钢中大颗粒氮化钛夹杂的有效控制,通过试验钢中氮化钛夹杂的固溶试验研究,探讨了高强度帘线钢在加热过程中氮化钛夹杂的固溶行为和影响机制。结果表明,氮化钛夹杂在加热升温阶段存在较为明显的固溶行为,且固溶效果与加热温度和保温时间密切相关。通过适当提高轧钢加热炉温度和延长保温时间以及随后的快速冷却,可以对高强度帘线钢中大颗粒氮化钛夹杂的尺寸和数量进行有效控制。     

TC4钛合金微弧氧化膜层高温氧化性能研究

利用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,并通过硅酸钠水溶液对膜层进行了封孔处理。采用X射线衍射仪(XRD)分析了膜层相组成,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了膜层表面形貌。通过粘结拉伸测试,比较了膜层在封孔前后与基体的结合强度。利用高温氧化实验,考察了TC4基体及膜层试样封孔前后的抗高温氧化性能。结果表明:微弧氧化膜层与基体间的结合强度较高,经封孔处理及高温氧化100 h后,膜基结合强度降低至4.29 MPa。与TC4基体相比,微弧氧化膜层的高温氧化增重量小,抗高温氧化性能得到了显著的提高。封孔处理提高了微弧氧化膜层的致密性,使其能更好地阻止氧透过膜层向基体内侵入,进一步提高了膜层的抗高温氧化性能。     

液相烧结非晶纳米氮化硅陶瓷粉体结晶与相变行为研究

以Y2 O3 和Al2 O3 纳米陶瓷粉体作为烧结助剂 ,液相烧结非晶纳米Si3 N4陶瓷粉体 ,研究了不同温度下烧结体的结晶与相变行为。 1 5 0 0℃烧结 ,烧结体为非晶与晶体混合态 ,结晶相主要为α Si3 N4和 β Si3 N4,结晶度达到 70 %。温度超过 1 6 0 0℃以后 ,烧结体已经完全结晶 ,为 β Si3 N4和Si2 N2 O双相陶瓷。当温度达到1 6 5 0℃ ,Si2 N2 O的体积分数达到最大值 ,说明烧结体中的O2 与Si3 N4已经反应完全。烧结温度超过 1 70 0℃时 ,Si2 N2 O的体积分数开始减小 ,烧结体中没有SiO2 出现 ,证明反应 2Si3 N4(s) +1 5O2 (g) =3Si2 N2 O(s) +N2(g)为可逆反应。 1 6 0 0℃烧结体的典型结晶形貌分析表明 :粒径尺寸基本分布在两个区域 ,大部分较大晶粒粒径在 1 5 0～ 2 5 0nm之间 ,小部分晶粒粒径 <1 0 0nm ,个别晶粒的长径比达到 1 5。     

稀土元素对Fe-Cr-Al系合金抗氧化性的影响

分析了Cr_2O_3膜和Al_O_3膜性质及生长机制,基于国内外学者已提出的机理,讨论了稀土对Fe-Cr-Al系合金氧化膜的生长机制、膜形貌及膜的粘附性的影响。     

氢化钛粉颗粒的粉碎及机理研究

本文采用闭环气流磨系统对氢化后得到的粗颗粒氢化钛粉进行粉碎,利用扫描电子显微镜和粒度分析技术对结果进行表征,并对闭环气流磨的粉碎机理进行了讨论。结果表明,对粗颗粒氢化钛粉进行闭环气流磨粉碎,克服了氢化脱氢法(hydrogenation dehydrogenation,HDH)制备的钛粉存在的粒度不均匀、粒度分布较宽等品质问题;其粉碎机理可总结为,经多股高速高压氩气流冲击、打磨,粉末颗粒自身相互碰撞、摩擦,以及粉末颗粒与磨料腔腔壁、分级轮的碰撞,粗颗粒氢化钛粉从大颗粒粉碎成细小颗粒。     

Ti40阻燃钛合金的高温氧化行为

研究了高稳定β型阻燃钛合金Ti40合金在900℃-1050℃温区内氧化时的氧化行为。结果表明：随着温度的升高及时间的延长，试样表面氧化皮由较为平整变化为表面氧化皮严重脱落且基体表面呈现为淡绿色。对该物质进行能谱分析后显示淡绿色物质为TiO2和Cr2O3的混合物。900℃～1000℃的氧化动力学曲线显示，随温度升高氧化增重急剧增加，在温度1000℃～1050℃范围内，试样氧化增重虽仍随时间的增加而增加，但总量有所下降。     

高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金发展概况

概括了铁基非晶软磁合金和纳米晶合金的发展历史和现状,分别详述了高饱和磁化强度(B_s)铁基块体和薄带非晶以及纳米晶合金近年来的研究成果.主要内容包括:高饱和磁化强度块体铁基非晶软磁合金成分和性能,高饱和磁化强度铁基非晶薄带软磁合金的成分和性能,高饱和磁化强度铁基纳米晶合金的组织、结构和性能,各类元素对合金磁性能的影响.为进一步研究高饱和磁化强度的铁基软磁材料提供了有价值的参考.     

钛矿石化学成分及物相分析方法研究进展

钛矿石是一种较难分解的矿石,由于含钛量很高,而钛易水解形成难溶的偏钛酸析出,给分析测试带来较大困难。综述总结了近10年来钛铁矿、钒钛磁铁矿、金红石等钛矿石化学成分分析方法、化学物相分析方法和标准物质研制等方面取得的进展情况:化学成分分析包括样品分解方法、滴定法、分光光度法、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和X射线荧光光谱法(XRF)等;对钛矿石中含钛及含铁矿物相的分离方法进行了讨论;对国内研制的钛矿石化学成分及物相分析标准物质进行了简要介绍。结合目前国内钛矿石分析方法的现状,对钛矿石分析测定技术的发展前景提出了建议。