电触头用TiB_2颗粒增强/Cu基复合材料组织与性能分析

采用热压烧结方法制备电触头用TiB_2颗粒增强/Cu基复合材料,通过XRD、OM、SEM等测试手段研究不同TiB_2颗粒含量对其组织和性能的影响。研究结果表明:复合材料生成了强度很高的Cu衍射峰,Cu基体内已经形成由TiB_2与TiB共同构成的混杂增强相。所有复合材料试样中的增强相都形成了均匀分布形态,TiB_2颗粒含量6%的试样含有颗粒与晶须两种增强相。当TiB_2颗粒含量的比例上升后,所有Cu基复合材料试样的硬度都发生了增大的现象,而密度发生了减小,导电率增加。TiB_2(6%)/Cu复合材料试样在DSC升温过程中形成了4个特征峰。当温度到达800℃时形成了Cu_3Ti金属间化合物;随着温度上升到1 100℃后,试样基体内开始同时生成TiB_2颗粒与Ti B晶须。     

渗Ti法制备TiB2-TiC复合材料的研究

采用渗Ti法制备出相对密度较高的TiB_2-TiC复合材料,并讨论了熔渗温度对TiB_2-TiC复合材料物相、显微组织、致密度和维氏硬度的影响.结果表明:TiB_2-TiC复合材料的相组成为TiB_2、TiC、Ti_3B_4、TiB、Ti_3AlC和TiO相.随着熔渗温度的增加,复合材料中TiB_2含量降低,反应生成Ti_3B_4和TiB相区域的尺寸和数量有所增加;复合材料的维氏硬度整体呈降低趋势.当熔渗温度为1 650℃时,TiB_2-TiC复合材料性能最佳,对应复合材料的维氏硬度、开口气孔率、体积密度和相对密度分别为21 GPa、0.34%、4.46 g/cm~3和96.2%.     

Ti-xCr-yCu钛基材料的制备及组织性能研究

通过粉末冶金法制备了Ti-xCr、Ti-yCu及Ti-xCr-yCu钛基材料,研究了Cr、Cu含量对其相组成、显微组织、压缩屈服强度、弹性模量以及切削加工性能的影响规律。结果表明:随Cr含量的增加,Ti-xCr钛基材料依次出现了Ti_4Cr、TiCr_2及Cr相,其压缩屈服强度表现出先增大后减小的趋势,当Cr含量为10%时其屈服强度达到最大值(710 MPa),同时,添加Cr元素有利于降低钛基材料的弹性模量,最低可达25 GPa。添加Cu元素的钛基材料,随Cu含量的增加,Ti_2Cu相增加,并且显微组织细化,屈服强度降低;弹性模量受Cu含量影响较小而受烧结温度影响较大。添加Cr和Cu元素的钛基材料,其显微组织主要为网篮组织,弹性模量低于纯钛,其中添加Cu元素有利于细化层片,添加Cr元素有利于细化等轴组织。此外,Cr含量为5%时,钛基材料具有较佳的切削加工性能。     

增强体含量对TiC/316L复合材料性能的影响

采用粉末冶金法制备增强体颗粒含量为0%、2%、5%、10%和15%的TiC/316L不锈钢复合材料。利用Zwick Roell Z202拉伸试验机测试复合材料的拉伸性能,利用MM-200型环块磨损试验机测试复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,研究TiC颗粒含量对复合材料性能的影响。结果表明:随TiC颗粒的引入,复合材料的强度得到提高,但TiC含量过高,TiC颗粒容易在晶界聚集,导致孔隙的产生和界面连接性的恶化,使复合材料的性能下降。当TiC含量为5%时,复合材料的耐磨性能最好;当TiC含量为10%时,复合材料表现出最高的抗拉强度(655.3 MPa)。     

TiB_(2)-HfC复合刀具材料的制备及性能研究北大核心

研究了HfC增强相含量、金属粘结相种类和含量对TiB_(2)基刀具物相组成、显微组织和力学性能的影响。结果表明,不同HfC含量的TiB_(2)基刀具都主要由TiB_(2)、HfC、少量Ni和MoNi4相组成;在烧结过程中,Ni会与Mo发生化学反应而形成少量MoNi4相;当HfC含量达到20%时,TiB_(2)基刀具材料具有最高的抗弯强度、断裂韧性和较高的硬度。对比以纯Ni、纯Co和Ni+Mo为金属粘结相的试样,以Ni-Co合金为粘接相的试样中TiB_(2)和HfC相分布更加均匀、润湿效果更好;此时TiB_(2)基刀具材料的抗弯强度、断裂韧性和硬度分别为834 MPa、9.50 MPa·m^(1/2)和22.92 GPa,具有最佳的综合力学性能。     

单一纳米及纳/微米SiC混合颗粒增强铝基复合材料研究

通过真空热压工艺制备了单一纳米及纳/微米SiC混合颗粒增强的Al-Si复合材料,研究了SiC颗粒的加入对复合材料的组织、致密度及硬度的影响。结果表明:纳米SiCp/Al-Si复合材料与基体合金相比晶粒细化,随着纳米SiC含量的增加,纳米SiCp/Al-Si复合材料的硬度、致密度都是先增大后减小,当纳米SiC含量为3%时硬度取得最大值64.4HV,较基体材料提高了28.8%;用扫描电镜对纳/微米SiCp/Al-Si复合材料的组织、形貌进行观察,发现微米SiC颗粒与基体合金结合紧密,界面无明显反应物生成。纳米SiC含量为3%时,随着微米SiC含量的增加,纳/微米SiCp/Al-Si复合材料的硬度、致密度都是先增大后减小,当增强颗粒含量为3%SiCnm+15%SiCμm时硬度取得最大值76.7HV,较基体材料提高了53.4%。     

WC含量对TiB_2基金属陶瓷微观组织与力学性能的影响

采用粉末冶金法制备w(WC)为0～20%的TiB_2-WC-0.8Cr_3C_2-20(Co/Ni)(质量分数,%)金属陶瓷,研究WC含量对TiB_2基金属陶瓷微观组织与力学性能的影响。结果表明,随WC含量增加,TiB_2在黏结相中的溶解度降低,TiB_2/黏结相界面减少,使得TiB_2基金属陶瓷晶粒细化,晶粒尺寸更加均匀。此外,添加WC可显著改善TiB_2基金属陶瓷的力学性能。当w(WC)为15%时,金属陶瓷的性能最佳,硬度(HRA)、抗弯强度以及相对密度分别达到92.6±0.2、(1256±30) MPa和(99.65±0.20)%。但添加过量WC(w(WC)=20%)时部分WC相发生团聚并生成脱碳相W_2C,使得TiB_2基金属陶瓷的力学性能降低。     

ARZ陶瓷颗粒增强316L不锈钢复合材料的制备及性能

采用粉末冶金工艺制备了Al₂O₃增强ZrO₂(alumina reinforced zirconia,ARZ)陶瓷颗粒增强316L不锈钢(316L不锈钢/ARZ)复合材料，研究了ARZ陶瓷颗粒体积分数对316L不锈钢/ARZ复合材料的微观组织、相对密度、硬度、耐磨性的影响。结果表明：当ARZ陶瓷颗粒体积分数为20%时，复合材料的相对密度达到97.53%，与不锈钢基体相当；继续加入ARZ陶瓷，陶瓷颗粒发生团聚降低了复合材料相对密度。316L不锈钢/ARZ复合材料的硬度随着ARZ陶瓷颗粒体积分数的增高而增大，当ARZ陶瓷颗粒的体积分数为60%时，复合材料的硬度达到最大值HRB 96.8。复合材料耐磨性优于不锈钢基体，其中含有体积分数为60%ARZ陶瓷颗粒的复合材料体积磨损率较基体减少了4.2倍；随着ARZ陶瓷颗粒含量的增加，复合材料的耐磨性提高，复合材料的磨损机理主要为316L不锈钢的剥落。     

SiC晶须含量对镁基复合材料性能影响的研究

采用加压烧结法制备镁基复合材料,研究不同含量的SiC晶须对镁基复合材料密度、硬度、抗拉强度、抗压强度、摩擦磨损等性能的影响。结果表明:镁基复合材料的致密度并不随SiC晶须质量分数的改变而发生规律性变化;材料的硬度随着晶须质量分数的增加而增大;与基体材料ZK60相比,添加SiC晶须的镁基复合材料的抗拉强度、抗压强度、弹性模量、压缩模量和伸长率都有一定提高,当SiC晶须的质量分数为20.0%时,复合材料烧结体的常温力学性能最好;通过对烧结材料磨损量变化的分析,发现当SiC晶须质量分数为10.0%时,摩擦磨损性能最好。综合比较分析,SiC晶须的质量分数为15.0%时,增韧增强效果最佳。     

电触头用TiB2颗粒增强/Cu基复合材料组织与性能分析北大核心

采用热压烧结方法制备电触头用TiB2颗粒增强/Cu基复合材料,通过XRD、OM、SEM等测试手段研究不同TiB2颗粒含量对其组织和性能的影响。研究结果表明:复合材料生成了强度很高的Cu衍射峰,Cu基体内已经形成由TiB2与TiB共同构成的混杂增强相。所有复合材料试样中的增强相都形成了均匀分布形态,TiB2颗粒含量6%的试样含有颗粒与晶须两种增强相。当TiB2颗粒含量的比例上升后,所有Cu基复合材料试样的硬度都发生了增大的现象,而密度发生了减小,导电率增加。TiB2(6%)/Cu复合材料试样在DSC升温过程中形成了4个特征峰。当温度到达800℃时形成了Cu3Ti金属间化合物;随着温度上升到1100℃后,试样基体内开始同时生成TiB2颗粒与Ti B晶须。     

WC颗粒增强对Fe-1.5Cu-1.8Ni-0.5Mo-1C粉末冶金复合材料的影响

制备了含有不同质量分数WC增强颗粒（0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%及10%）的Fe-1.5Cu-1.8Ni-0.5Mo-1C粉末冶金复合材料,分析了WC质量分数对复合材料显微组织、硬度与耐磨性能的影响。结果表明,在Fe-1.5Cu-1.8Ni-0.5Mo-1C材料中添加适量的WC颗粒可以提升复合材料的性能,尤其是耐磨性能。当WC颗粒的质量分数在1%~2%时,材料具有较好的组织结构与力学性能,相对于不添加WC增强颗粒的材料,含质量分数1%与2% WC增强颗粒的材料硬度（HRB）分别提升了12.9%和14.3%,磨损量分别降低了50%和52.1%。     

热等静压法制备大尺寸铝基碳化硼复合材料及性能研究

采用热等静压法制备铝基碳化硼复合材料(Al-B4C)板材,测试板材的密度和抗拉强度,并观察复合材料的微观组织和拉伸断口形貌。结果表明,Al-31%B4C(质量分数)板材的尺寸为3 mm×200 mm×5000 mm;Al-31%B4C复合材料的相对密度大于99.69%,抗拉强度大于300 MPa,断后延伸率大于3%,B4C颗粒均匀分布在基体中,并与基体紧密结合;Al-B4C复合材料板材的力学性能符合工程用中子吸收材料的要求。比较含不同质量分数B4C颗粒(10%、15%、20%、25%、30%、31%、35%、40%)的Al-B4C复合材料性能,当B4C质量分数为10%~40%时,随基体中B4C颗粒含量的增加,Al-B4C复合材料的密度和相对密度均逐渐降低;当B4C质量分数为10%~35%时,随基体中B4C颗粒含量的增加,Al-B4C复合材料的抗拉强度逐渐增大,断后延伸率逐渐降低。     

ZrB_2含量和烧结温度对ZrC-ZrB_2复合材料组织与性能的影响

以ZrC和ZrB_2粉末为原料,采用放电等离子烧结法在1 750℃和1 850℃烧结制备ZrB_2含量(质量分数)分别为5%,10%,15%的ZrC-ZrB_2复合陶瓷材料,研究ZrB_2含量对材料组织与性能的影响。结果表明:ZrC-ZrB_2复合材料表面形貌呈鳞片状,随ZrB_2含量增加,晶粒变细。当烧结温度为1 750℃时,随ZrB_2含量增加,材料密度降低,但断裂韧性提高,ZrB_2含量为15%时断裂韧性达到11.972MPa·m~(1/2),而ZrB_2含量为10%时,材料硬度最大,为16.868 GPa。与1750℃烧结的ZrC-ZrB_2复合材料相比,烧结温度为1 850℃时材料发生再结晶与晶粒长大,整体力学性能下降,随ZrB_2含量增加,材料密度降低,但仍有晶粒细化与力学性能升高的趋势。     

Co对熔渗法制备金刚石/Cu复合材料性能的影响

采用熔渗法制备金刚石/Cu复合材料,研究了采用15μm和50μm金刚石颗粒进行组合,体积分数为60%时基体中添加Co对复合材料的致密度、导热率、热膨胀系数及抗弯强度的影响。结果表明,随着Cu中Co含量的增加,复合材料达到熔渗致密时的温度也逐渐增加。采用同一合金成分,过高的熔渗温度会造成复合材料致密度的降低;当Cu中Co含量为2%时,复合材料的导热率提高了57%,达到347 W/(m·K),Co含量超过2%后复合材料的导热率开始降低;而Co含量的增加对降低复合材料的热膨胀系数、提高抗弯强度是有利的,这主要归因于铜中加入Co后对金刚石与Cu的界面改善作用。     

原位TiB_2颗粒对7075铝合金凝固组织的影响

采用原位反应制得了纯净的Ti B2/7075复合材料。研究表明,随着Ti B2颗粒含量增加,树枝状的7075铝合金逐渐转化为细小的蔷薇状,Ti B2颗粒含量增加到4.5%(质量分数)时α-Al晶粒尺寸达到最小,之后又重新转化为粗大的树枝晶。3%Ti B2/7075合金的晶界处Ti B2颗粒尺寸一般在900~1400 nm,Ti B2颗粒大致呈六边形或四方形。当颗粒含量达到9%时,大尺寸的Ti B2颗粒分布在晶界处,晶界附近的晶核内弥散分布着大量细小的Ti B2颗粒,尺寸在100~400 nm左右,形状为不规则的多边形,细小的Ti B2颗粒容易在固/液界面被捕获,产生颗粒推移效应。在720℃保温发现,3%,6%,9%Ti B2/7075复合材料中Ti B2颗粒的平均沉降速率分别为2.308×10-6,1.146×10-6,0.371×10-6m·s-1,原位颗粒增多,抗沉降能力增强。     

原位网状结构增强（TiB+La2O3 ）/TA19复合材料组织与力学性能研究

采用球磨和放电等离子烧结（SPS）技术制备出增强相呈网状结构分布的（TiB+La2O3）/TA19复合材料。利用扫描电子显微镜（SEM）、 X射线衍射仪（XRD）等手段对复合粉末和复合材料的微观组织、物相结构和断口特性进行表征分析，通过万能试验机测试了复合材料的室温和高温力学性能。结果表明： LaB6颗粒的加入可以明显提高材料的抗拉强度。随着增强体含量的增加，复合材料的组织由魏氏组织向等网篮状组织转变；烧结后晶粒得到细化，力学性能得到提高。随着增强体含量的提高，复合材料的室温抗拉强度不断提高，延伸率下降。当LaB6的质量分数为0.2%时，复合材料的延伸率最好，为17.5%；当LaB6的质量分数为0.5%时，复合材料的抗拉强度最高，为1288 MPa，比基体合金提高了13.70%。强化机制主要为细晶强化和增强体的承载载荷的作用。在650 ℃时，复合材料的强度随着LaB6含量的提高而上升，当增强体质量分数为0.5%时，抗拉强度最高可达607 MPa，比TA19钛合金基体提高了10.31%。强化机制主要为增强体的载荷传递。本文研究了不同含量增强体的钛基复合材料在室温及高温下的力学性能，为钛基复合材料在高温性能上的应用提供了理论依据。     

聚碳硅烷对注射成形Fe-2Ni基复合材料显微组织和力学性能的影响

采用粉末注射成形工艺,以聚碳硅烷(PCS)为先驱材料,制得SiC颗粒增强的Fe-2Ni基复合材料;研究PCS对Fe-2Ni合金的致密度、显微组织、力学性能及断口的影响.结果表明:PCS裂解生成的SiC增强相颗粒细小,在基体材料中分布均匀,加入5%～10%(体积分数)PCS可使材料抗拉强度提高43%～62%,洛氏硬度提高40%～47%,但伸长率下降,由韧性断裂转变成脆性断裂;Fe-2Ni基复合材料的强度和硬度达到了MIM协会的标准,优于SiC颗粒增强的Fe基复合材料.     

原位自生Al2O3颗粒增强Al基复合材料的研究

本研究是在Al基材料中加入了Cu3O颗粒,原位反应生成Al2O3颗粒,从而增强Al基材料.研究采用粉末冶金的方法,先冷压成型,再热压,在温度680~C压℃力1MPa时保温10分钟,成功制备了Al2O3/Al基复合材料.研究了Cu2O含量对该复合材料的密度、硬度、抗弯强度等性能的影响,结果表明:Al-8Ni-3Cu-2Cu2O复合材料的综合性能最好,硬度达到78.66HRF,抗弯强度达到254.35MPa.利用扫描电镜观察复合材料的表面形貌(SEM图像),并对试样成分进行分析(BSE图像),发现试样的成分分布比较均匀.通过XRD图谱和热力学分析表明:经热压后,该复合材料新生成物相主要为Al2O3.     

纳米SiC增强纯Al基复合材料的微观组织和力学性能

与采用微米尺度SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料相比,以纳米SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料具有更加优异的力学性能,可极大提高SiC增强Al基复合材料的服役可靠性及应用范围。采用传统粉末冶金方法制备纳米SiC颗粒增强纯Al基复合材料,研究烧结温度和增强相体积分数对复合材料微观结构和力学性能的影响。研究表明,烧结温度和增强相体积分数均对复合材料的微观结构和力学性能有重要影响。随烧结温度升高,复合材料中的残留微孔减少,密度和强度均得到显著提高。含体积分数为3%纳米SiC颗粒的复合材料在610℃具有最高的强度,进一步提高纳米SiC颗粒的含量并不能提高材料的力学性能,这主要是由于当纳米SiC颗粒的体积分数超过3%时将出现明显的团聚,从而降低强化效应。     

新技术与成果

本发明涉及制备颗粒增强铝基复合材料的方法,其特征在于:利用铝或铝合金熔体作为热源和保护介质。产生自蔓延反应合成增强相颗粒或在增强相颗粒表面形成涂层米制聂SiC、石墨、TiC、TiB_2等为增强相的